DE2453613B2 - - Google Patents

Description

Chargenmaterials des Bettes haben. Wenn dieser Beziehung entsprochen wird, kann man sagen, daß die Vorrichtung bei einer kritischen Betriebsart arbeitet, bei welcher die Schiebewirkung, wie sie vorher erwähnt wurde, durch eine andersartige Wirkung aufgehoben ist, so daß man die spater aufgezählten Vorteile erreicht

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb darin, die vorstehend genannten Zustände für die kritische Betriebsart zum Aktivieren bzw. Behandeln eines ringförmigen Bettes von niedersinkendem körnigem oder kugeligem Material bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen.

Gelöst wird die Aufgabe der Erfindung dadurch, daß die Höhe h nicht wesentlich weniger und nicht wesentlich mehr als 10% von dem Wert abweicht, welcher der Beziehung tan Φ=h/a genfigt, worin Φ der Böschungswinkel des Feststoff materials auf dem Boden des Bettes ist

Im folgenden werden die Einflußgrößen näher .erläutert

Chargenmaterial

Als Chargenmaterial kann jedes körnige, kugelige oder kJumpenförmige Feststoffmaterial verwendet werden, so lange es nicht so fein oder so leicht ist, daß das durch es im Gegenstrom hindurchgeführte Fas es ganz mit nach oben reißt, und so lange es nicht aus Teilchen besteht, die bezüglich der Breite des Ringraums zu groß sind, um frei in einem solchen Raum zusammen nach unten fallen zu können.

Art der Vorrichtung

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Die erfindungsgemäß benutzte Vorrichtung hai eine ringförmige Basis, die als Boden oder Bodenabschnitt bezeichnet wird, in einer im wesentlichen horizontalen 3s Ebene liegt und um ihre im wesentlichen vertikale Mittelachse drehbar angeordnet ist Ober dem Boden sind zwei im wesentlichen koaxiale Zylinder vorgesehen, deren Mittelachsen im wesentlichen vertikal sind und die von der parallelen Achse des Bodens um einen Abstand verschoben sind, der als Versetzungsabstand bezeichnet wird. Die Hublänge, auf die später Bezug genommen wird, beträgt das Zweifache des Versetzungsabstandes.

Der äußere dieser beiden Zylinder, der als Schale bzw. Mantel bezeichnet wird, ist so installiert, daß er um seine Achse unabhängig drehbar ist, wobei die Unterseite des Zylinders mit dem Boden eine Gleitdichtung bildet Der innere der beiden Zylinder, der als Haube bezeichnet wird, ist ebenfalls so angeordnet, daß er um seine Achse unabhängig drehbar ist Das Unterteil dieses inneren Zylinders ist über dem Bodenniveau, d.h. dem horizontalen Durchmesser der Bodenfläche um einen bestimmten Abstand angeordnet, der als Drosselhöhe bezeichnet wird, wobei auf den Bodenrand der Haube als Drossel Bezug genommen wird. Die Haube ist vorzugsweise derart gehalten, daß ihre Achse um einen kleinen Winkel aus der Vertikalen geneigt ist Dieser Winkel wird im folgenden als Schräglagewinkel bezeichnet. Die Mittelöffnung des ringförmigen Bodens hat einen Durchmesser, der kleiner ist als der der Haube. Diese öffnung ist die Abgabeöffnung. Die Oberseite des Bodens neigt sich vom Bodenumfang zur Mittelöffnung im Boden in einem flachen Winkel zur Horizontalen nach unten. Dieser Winkel wird als Bodenwinkel θ bezeichnet. Der Boden hat so die Form eines flachen Kous.

Die jeweiligen Zylinder bilden mit der Außen- bzw. Innenkante einer ringförmigen oberen Abdeckung bzw. einem oberen Aufsatz zwei Gleitdichtungen, wobei der Aufsatz den Ring zwischen den Zylindern begrenzt, die Oberseite des Daches jedoch zur Atmosphäre hin offen läßt, welches die Haube Oberspannt und verschließt Die Unterseite dieses Daches neigt sich nach unten und nach innen vom Umfang zur Mitte, d. h. von der Drossel aus in einem Winkel, auf den als Drosselentlastung Bezug genommen wird. Die obere Abdeckung, die statisch bleibt, hat einen Einlaß zum Zuführen von Feststoffchargenmaterialien sowie einen oder mehrere Auslässe für das Abgeben von Gas oder Dampf.

Wie bereits erwähnt, muß der Durchmesser der Bodenöffnung um einen bestimmten, später noch zu definierenden Betrag kleiner sein ate der Hauptdurchmesser. Wenn dieser Bedingung, die im folgenden als Stabilitätskriterium bezeichnet wird, genfigt wird, fällt zerteiltes Feststoffmaterial, welches in die Vorrichtung eingefüllt wird, nicht geradeaus durch die öffnung, sondern bildet ein stabiles Bett in dem Ringraum zwischen dem Zylinder und läuft über den Boden in einer radial nach innen weisenden Richtung in einem Ausmaß, das anfänglich von dem Schüttwinkel des zerteilten Feststoffmaterials abhängt

In Betrieb drehen sich die Vorrichtungsteile, ausgenommen die obere Abdeckung, um ihre jeweiligen Achsen. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Art, bei welcher nur der Boden direkt mittels eines dafür vorgesehenen Antriebs in Drehung versetzt wird. Es gibt keinerlei mechanisches Gestänge bzw. mechanische Verbindungen zwischen dem Mantel und der Haube, auch nicht zwischen dem Mantel oder der Haube und dem Boden. Die beobachtete Rotation des Mantels und der Haube, wenn der Boden der beschickten Vorrichtung angetrieben wird, erfolgt durch die Zwischenwirkung zwischen den drei unabhängig drehbaren Komponenten, nämlich Boden, Mantel und Haube, und der dazwischen befindlichen Feststoffcharge.

Zur besseren Erläuterung der Erfindung wird die Linie eingeführt, welche die Drossel mit ihrem nächsten Punkt am Bodenrand des Mantels verbindet Diese Linie wird als Drossellinie oder Drosselschrägung bezeichnet Die Kegelstumpffläche, die durch diese Linie erzeugt wird, wenn der Ring eine Umdrehung um seine Achse ausführt, wird als Drosselzwischenfläche bzw. Drosselgrenzfläche unabhängig davon bezeichnet, ob sie tatsächlich vorhanden ist oder nur hypothetisch existiert Die Ringbreite ist durch die Differenz zwischen den jeweiligen Radien des Mantels und der Haube definiert. Es wird davon ausgegangen, daß das ringförmige Bett seitlich von dem Mantel bzw. der Haube, oben durch das sich in Betrieb einstellende Niveau und unten durch die Drosselgrenzfläche begrenzt Zerteiltes Feststoffmaterial, das unterhalb oder radial innerhalb der Drosselgrenzfläche angeordnet ist kann einfach als Material angesehen werden, das auf dem Boden im Verlauf der Abgabe von dem Bett ruht

Die exzentrische Rotation des Bodens bezüglich der des Bettes unterwirft dadurch, daß ein Entfernen des Feststoffmaterials von unterhalb des Bettes in einer Radialrichtung herbeigeführt wird, das Material einer bestimmten Winkelkompression, die ihre Entlastung in einer Höhenzunahme des Haufens mit abnehmendem Radius findet, bis das Material über den Rand der öffnung in dem Boden gleitet.

Einige Ausführungsformen der in der GB-PS

10 59 149 und der US-PS 33 31595 beschriebenen Vorrichtungen bilden Beispiele für diese erfindungsgemäß verwendete Vorrichtung.

Die kritische Betriebsweise

Wenn die vorstehend beschriebene Ringbettvorrichtung in der kritischen Weise betrieben wird, zeichnet sie sich dadurch aus, daß die Charge besonders leicht und glatt durch das Bett geht und daraus austritt. Dies wird mit Hilfe der Erfindung erreicht und durch eine Anzahl beobachtbarer und quantitativ meßbarer Ergebnisse, die nachstehend erläutert werden, erkennbar gemacht

Wie erwähnt, betrifft die Erfindung die Arbeitsweise eines Ringbettes der beschriebenen Art in der kritischen Betriebsweise.

Bei der kritischen Betriebsweise kann körniges, klumpiges bzw. kugeliges Material in dem Bett auf gleichmäßige Weise, was nachstehend näher definiert wird, absinken, wodurch im wesentlichen jedes Stück von körnigem oder kugeligem Material einem im wesentlichen gleichen Behandlungszyklus ausgesetzt ist, wenn es im Gegenstrom zu einem aufsteigenden Gas über die volle Höhe des Bettes, d. h. des Ringes geht

Gleichförmiges Absinken

Die Gleichförmigkeit, mit der das Chargenmaterial absinken bzw. sich nach unten durch das Bett bewegen soll, wird ohne Berücksichtigung der Unterschiede der Drehzahl zwischen dem Ring und dem Boden folgendermaßen definiert:

Im Ideallall beschreibt jedes Stück des Feststoffchargenmaterials, wenn es sich von der Oberseite zur Unterseite des ringförmigen Bettes bewegt, nicht bezüglich der sich drehenden Vorrichtung, sondern bezüglich der Erde eine vertikale Schraubenbahn mit konstantem Radius und konstanter Ganghöhe bei einer konstanten horizontalen Komponente der Winkelgeschwindigkeit Der konstante Radius ist gleich dem Abstand des Stükes bzw. Teilchens von der Drehachse des Ringes. Die konstante Ganghöhe ist proportional der Hublänge der Vorrichtung und die horizontale Winkelgeschwindigkeit ist gleich der Winkelgeschwindigkeit des Rings als Ganzes. Die Hublänge ist als zweifacher Abstand zwischen der Drehachse des Bodens und der Drehachse des Rings definiert

Dementsprechend sinkt die Feststoffcharge im wesentlichen ohne irgendeine horizontale Vermischung nach unten, und jeder Teil bewegt sich über die gleiche Entfernung für irgendeine vorgegebene vollständige Umdrehung des Rings nach unten. Solange somit auf der Oberseite das Bett mit einem gleichförmigen Mengenstrom mit gleichförmig verteiltem Chargenmaterial versorgt wird, wird eine gleichförmige Verteilung und eine gleichförmige Verweilzeit aufrechterhalten, wenn das Chargenmaterial gleichförmig durch das Bett nach unten sinkt

Da sich das Bett stetig dreht, ist es sehr einfach, das Chargenmaterial mit einem gleichförmigen Mengenstrom von einem darüberliegenden festen Punkt aus zu beschicken und dadurch eine gleichförmige Verteilung in Umfangsrichtung zu erreichen. Da die Vorwärtsbewegung des Chargenmaterials durch die Vorrichtung abhängig von dem Abgabemengenstrom ist und, wie später noch erläutert wird, der Abgabemengenstrom erfindungsgemäß konstant gehalten werden kann, kann der gleichförmige Beschickungsmengenstrom auf einfache Weise dadurch erreicht werden, daß das Niveau der Oberseite des Bettes konstant gehalten wird, beispielsweise durch automatische Einrichtungen, die mit der Geschwindigkeit gekoppelt sind. Eine gleichförmige Verteilung in Radialrichtung wird dadurch gewährleistet, daß das Material der Oberseite des Bettes in der Nähe der Innenwand des Ringes zugeführt wird. Dies führt dazu, daß die Oberseite des Betts nach unten zur Außenwand in einem wirksamen Schüttwinkel des Chargenmaterials geneigt wird oder sich neigen kann.

Relativ zu dem sich drehenden Ring geht jedes Teilchen des Feststoffchargenmaterials nach unten auf einer im wesentlichen vertikalen Bahn durch das Bett. Betrachtet man diese Bahn jedoch relativ zum Ring oder relativ zur Erde, so ist die Vertikalkomponente der Geschwindigkeit des Chargenmaterials nicht konstant. Jeder Teil der Charge unterliegt bei jeder vollständigen Umdrehung dem gleichen, sich konstant wiederholenden Beschleunigungs- und Verzögerungszyklus, was noch näher anhand der Abziehwirkung erläutert wird. Dementsprechend sind die Neigungen der aufeinanderfolgenden Drehungen bzw. Gänge der schraubenförmigen Bahn nicht konstant, sondern zueinander parallel.

In der Praxis geht die gleichförmige, nach unten gerichtete Bewegung des Materials von dem vorstehenden Idealbild aus, sie liegt jedoch innerhalb des Rahmens der Erfindung, wenn die nachstehende primäre Beziehung eingehalten wird.

Primäre Beziehung

Die Erfindung basiert darauf, daß zum Betreiben der beschriebenen Ringbettvorrichtung in der kritischen Betriebsart es erforderlich ist im wesentlichen Gleichheit zwischen a) dem Winkel der Drosselgrenzfläche mit der Horizontalen und b) dem wirksamen Schüttwinkel des Chargenmaterials unter der Drossel aufrechtzuerhalten. Unter dem Ausdruck »im wesentlichen Gleichheit« ist zu verstehen, daß die Drosselhöhe H nicht kleiner und nicht größer sein soll als der Wert mit einer 10%igen Unter- oder Überschreitung, der der nachstehenden Beziehung (1) genügt:

tan Φ — h/a,

(D

wobei Φ der wirksame Schüttwinkel, a die Breite des Ringraums und h die senkrechte Höhe der Drossel über dem Umfang des Bodens ist

Ein Gesichtspunkt der Erfindung besteht deshalb auch darin, ein Ringbett der beschriebenen Art so zu dimensionieren, und arbeiten zu lassen, daß die vorstehend erwähnte wesentliche Gleichheit erreicht wird.

Chargenabziehwirkung

Das Abführen des festen körnigen Materials aus dem Ringbett wird erfindungsgemäß passender als Abziehwirkung bezeichnet, da das Material nicht gedrückt oder geschoben, sondern vom Boden des Bettes ausgetragen wird. Das gleichförmige Nachuntensinken, welches bereits erläutert wurde, ist ein direktes Ergebnis dieser Abziehwirkung.

ESe Abziehwirkung wird erreicht, wenn der ringförmige Boden nicht konzentrisch zu dem ringförmigen Bett ist und um seine Mittelachse gedreht wird, während der vorstehend genannten primären Beziehung genügt wird. Wenn a) der exzentrische, · sich drehende ringförmige Boden eine Mittelöffnung hat, die bezüglich des Bodens konzentrisch ist und die so groß wie die Außenwand des ringförmigen Bettes ist fällt das

gesamte Chargenmaterial in dem Bett gerade durch den Boden heraus. Wenn b) der Durchmesser der öffnung, die einen extra Rand für die Exzentrizität ermöglicht, kleiner ist als die Stabilitätsgrenze, bleibt das Bett stabil. Zwischen diesen beiden Bedingunge a) und b) läuft das Chargenmaterial in stärkerem oder schwächerem Ausmaß entsprechend dem Ausmaß ab, in welchem die Öffnung das sonst stabile Bett hinterschneidet und bei welchem Anteil einer jeden Umdrehung dies der Fall ist.

Wenn die öffnung klein genug ist, so daß das Bett stabil bleiben kann, wird Chargenmaterial in einer insgesamt radialen Richtung über den Boden zu der öffnung bewegt, und zwar infolge der relativen Wechselwirkung zwischen dem Boden und dem Bett, die durch ihre exzentrische Drehung verursacht wird. Bei dieser Bewegung über den Boden erfährt die Charge eine Schiebewirkung, wenn nicht die Abziehwirkung gemäß der Erfindung durch Arbeiten bei der kritischen Betriebsart erreicht wird.

Wenn die öffnung zu klein ist, um das über den Boden geführte Material durchzulassen, kommt natürlich die Transportbewegung zum Stillstand.

Auf den durch die jeweiligen Drehmitten der Außenwand und des Bodens gehenden Durchmesser wird als die Versetzungsachse Bezug genommen. Diese Achse wird als Bezugslinie für die Beschreibung der Bewegungen der Ringbettvorrichtung genommen. Während der Drehung des Bodens folgt jeder bestimmte Punkt auf der Oberfläche des Bodens einem Ort, der sich abwechselnd der Rotationsmitte des Ringbettes nähert und davon entfernt bei der wechselseitigen Relativbewegung zwischen dem Bett und dem Bodenstück, wodurch das Abziehen des Chargenmaterials von dem Bett herbeigeführt wird. Wenn dieser gegebene Punkt sich in seinem entferntesten Abstand von der Drehmitte des Bettes befindet, liegt er auf der Versetzungsachse in einer Lage, die als )<=0^o-Lage bezeichnet wird. Für die Erläuterung ist es nicht von Bedeutung, ob alle Lagen auf dem Ort des gegegebenen Punktes von y=0° bis 360° bezüglich der Versetzungsachse um die Mitte des Ringbettes herum oder des Bodens genommen werden, wenn der Versetzungsabstand verglichen mit dem Durchmesser des Bodens klein ist. Zur Klarstellung wird die Mitte des Bodens als Winkelbezugspunkt für die Drehlage der Vorrichtung genommen.

Jeder Punkt auf einem gegebenen Radius des Bodens nähert sich, wenn er von der y=0°-Lage zu der y= 180° -Lage während einer Halbumdrehung des Bodens geht, der Achse des Ringbettes um einen Gesamtabstand, der gleich dem Zweifachen des Versetzungsabstandes ist, d. h. gleich der Hublänge der Vorrichtung, und zwar mit einer Annäherungsgeschwindigkeit, die allmählich zunimmt und proportional zu sin y ist Die Geschwindigkeit erreicht, ausgehend von Null in der y=0°-Lage, ein Maximum in der y=90°-Lage und nimmt proportional zu sin γ von dem Maximum aus nach Null in der γ= 180°-Lage ab. Dementsprechend wird das Feststoffchargenmaterial, welches auf dem Boden ruht, bei der kritischen eo Betriebsart zu der Achse des Ringbettes nut der genannten Annäherungsgeschwindigkeit befördert Der effektive Radius des Bodens, der dem Ringbett ausgesetzt ist, wird um eine Hublange wieder bei der genannten Geschwindigkeit erhöht, wenn Punkte auf dem Bodenradius, die außerhalb der Außenwand waren, in Lagen innerhalb dieser Wand gelangen. Die Zunahme des wirksamen Radius ermöglicht bei der kritischen Betriebsart einen Zugang von weiterem Chargenmaterial zum Boden unter dem Bett, was zu einer Bewegung des Chargenmaterials nach unten in dem Bett über einen Gesamtabstand, der gleich tan Φ χ Hublänge ist, bei einer Absinkgeschwindigkeit führt, die allmählich proportional zu siny von Null in der y=0°-Lage zunimmt, ein Maximum in der y = 90° -Lage erreicht und allmählich proportional zu sin γ auf Null in der γ = 180° -Lage abnimmt. Während somit die Charge von unterhalb des Bettes während dieser Halbumdrehung abgezogen wird, sinkt Material in dem Bett nach unten. Das Bett kann entsprechend an der Oberseite zweckmäßigerweise in dem Bereich über der y = 90°- Lage gefüllt werden. Die Halbumdrehung von y=0° bis )> = 180° ist deshalb der Füllhub. Während des Füllhubs wird das Bett beweglich und in stärkerem Maße gasdurchlässig.

. Jeder Punkt auf einem gegebenen Radius des Bodens weicht, wenn er von der y = 180°-Lage in die y=360° -Lage während einer halben Umdrehung des Bodens herumgeht, von der Achse des Ringbettes um einen Gesamtabstand zurück, der gleich dem zweifachen Versetzungsabstand ist d. h. gleich der Hublänge der Vorrichtung, wobei die Geschwindigkeit des Zurückweichens allmählich zunimmt und proportional zu siny ausgehend von Null in der j»=180°-Lage ein Maximum in der γ = 270° -Lage erreicht und allmählich proportional zu sin γ ausgehend von dem Maximum auf Null in der γ=360° -Lage wieder abnimmt. Auf dem Boden liegendes Feststoffchargenmaterial ist bei der kritischen Betriebsweise durch das Vorhandensein des Bettes stabilisiert und bleibt in einem mehr oder weniger fixierten Abstand von der Achse des Ringbettes, wenn der Boden das Feststoffchargenmaterial unterschneidet. Das Material geht bezüglich des Bodens weiter zu der Bodenöffnung in einem Mengenstrom, der im wesentlichen gleich der vorstehend erwähnten Rückweichgeschwindigkeit ist. Nach den einleitenden Umdrehungen, während denen der Boden mit Feststoffchargenmaterial bedeckt wird, erhält man eine stetige Abgabe von Feststoffchargenmaterial über den Rand der Bodenöffnung mit einer Geschwindigkeit bzw. mit einem Mengenstrom, der allmählich und im wesentlichen proportional zu sin γ ausgehend von Null in der γ= 180°-Lage zunimmt, ein Maximum in der j>=270°- Lage erreicht und allmählich proportional zu sin γ von dem Maximum auf Null in der γ=360° -Lage wieder abnimmt Während der halben Umdrehung von γ= 180° bis y=360° bleibt das Chargenmaterial in dem Bett im wesentlichen stationär, während das Material, welches von der Bodenöffnung unterschnitten wird, durch die Öffnung herausfällt Diese halbe Umdrehung ist der Abgabehub. Während des Abgäbehubes wird das Bett statisch und für Gas weniger durchlässig.

In der sich abwechselnden Folge von Füllhüben und Abgabehüben, die ein Teilchen des Feststoffchargenmaterials nach dem Eintritt auf der Oberseite des Bettes mitmacht, bewegt sich das Teilchen längs der Folge von Stadien der Periode tan Φ χ Hublänge, was die konstante Ganghöhe der genannten Schraubenbahn ist

Die Maschinenkräfte, welche auf das Abgabematerial bei der kritischen Betriebsweise wirken, sind die Kräfte, die aus dem Bewegungswiderstand über dem Boden (nicht beim Obergang vom Bett zum Boden) entstehen, weiche sich radial aufheben. Diese Kräfte werden speziell auf ein Minimum reduziert, was nachstehend liA

Der Reibungsfaktor F zwischen dem Chargenmate-

ίο

rial und dem Boden wird vorteilhafterweise dadurch reduziert, daß das Bodenstück nach unten zur Mitte in einem Winkel Φ von etwa 5° bis 7,5° oder mehr geneigt ist. Der Reibungsfaktor geht im Bereich einer Neigung von 25° auf Null zurück. Bei einer Neigung über 20° wird die Stabilität des Bettes jedoch unsicher. Die Neigung des Bodens wird natürlich nicht bis zum äußersten Umfang des Bodens geführt, da der Teil des Bodens, der direkt unter der Außenwand oszilliert, eben und horizontal verlaufen muß. ι ο

Der Reibungsfaktor F wird weiterhin dadurch auf F cos β reduziert, wenn sich die Feststoffcharge bei einem Winkel β zum Bodenradius bewegt. Es ist eine Eigenschaft des Ringbettes mit versetztem drehendem Abgabesystem, daß ein Teil der Bahn der Körner oder Klumpen des Feststoffchargenmaterials mit dem Radius einen Winkel bildet. Bei der Ringbettvorrichtung wie sie erfindungsgemäß verwendet wird, können sich die Ringwände frei unabhängig voneinander und vom Boden drehen. Demzufolge kann sich die Außenwand langsamer als der angetriebene Boden drehen. Wenn das Abziehen des Chargenmaterials mit einer vernachlässigbaren Kraft zwischen dem Chargenmaterial und der Außenwand erreicht wird, d. h. bei der kritischen Betriebsweise, muß in dem System ein tangentialer Schlupf derart vorhanden sein, daß die sich drehende Außenwand hinter dem sich drehenden Boden um einen Umfangsabstand nacheilt der sich bei jeder vollständigen Umdrehung einer Hublänge annähert oder ihr gleich ist Der Ort eines Punktes auf der Außenwand bezüglich des Bodens ist eine zykloide Kurve anstelle des Kreises bei der Ringbettvorrichtung gemäß den US-PS 29 45 687 und 34 03 895. Der Winkel β ist dementsprechend größer und der Reibungsfaktor kleiner, als es der Fall sein würde, wenn der Schlupf fehlt.

Die Vorrichtung erzeugt in Betrieb einen resultierenden Schub zwischen dem Boden und der Außenwand. Dieser Schub wird in einer konstanten Richtung aufgehoben, wenn die Vorrichtung der kritischen Betriebsweise unterworfen ist Wenn die Wände und der Boden für eine unabhängige Drehung vorgesehen sind, wird der Schub rechtwinklig zu der Versetzungsachse ausgeübt d. h. auf die Außenwand, wo er in der γ = 270° -Lage gemessen werden kann, und auf den Boden in der 90° -Lage, wo eine Messung nicht erfolgt da der Boden angetrieben wird. Bei einem Betrieb in der kritischen Betriebsweise verlängert sich der Betrag des Schubs zu der idealen Größe hin, bei welcher er die Resultierende der Antriebskräfte und der Maschinenreibung darstellt beispielsweise der Stützrollen, wobei die Chargenir.aterialreibung vernachlässigbar ist, da die Kraft welche die Charge durch die Vorrichtung bewegt, nahezu gänzlich der Schwerkraft zuzurechnen ist

Im allgemeinen folgt die Drehung der Innenwand des Ringbettes der der Außenwand, so daß das Ringbett insgesamt als eine Einheit umläuft, obwohl sich das Chargenmaterial nach unten bewegt, wie dies beschrieben wurde, und zwar auf Bahnen parallel zu den Wänden. Es gibt kleinere Variationen bei der sichtbaren Rotationsgeschwindigkeit der Innenwand. Wenn die Innenwand, was bevorzugt ist, so angeordnet ist, daß sie in irgendeiner Ebene etwas aus der vertikalen Achse entsprechend der Einstellung, die sie ansprechend auf die vorherrschenden Schubkräfte annehmen möchte, gekippt werden kann, nimmt sie tatsächlich eine geringe Schrägstellung ein, im allgemeinen längs der Versetzungsachse in der y=0° -Richtung. Diese Schrägstellung, die für das Chargenmaterial eine Federungswirkung bringt, umfaßt eine sehr geringe Exzentrizität zwischen den Wänden des Rings, wodurch die Relativgeschwindigkeit der Innenwand bezüglich des nächsten Teils der Außenwand im Verlauf einer jeden vollständigen Umdrehung zunimmt und abnimmt. Die Schrägstellung und die Geschwindigkeitsänderung wird von einer leichten Rührwirkung begleitet, wenn das Chargenmaterial abwechselnd durch die Zonen mit etwas zunehmender und abnehmender Ringbreite umläuft.

Ein bedeutendes Ergebnis der Fähigkeit der Wände, in einer relativ freien Art und Weise auf Schübe anzusprechen, die sonst auf das Chargenmaterial ausgeübt würden, besteht darin, daß die Behandlung des Chargenmaterials äußerst milde ist. Insbesondere wird jede Neigung des Chargenmaterials zur Brückenbildung über die Ringbreite, die sonst zu Schäden an der Charge führen würde, durch das Fehlen der Abstützung an den Enden der Brücke ausgeschlossen.

Die Abziehwirkung der Ringbettvorrichtung bei der kritischen Betriebsweise wird der Abgabewirkung einer ähnlichen Vorrichtung gegenübergestellt, die auf die bisherige Weise betrieben wird.

Wenn man zuläßt, daß die Ringbettvorrichtung, welche anfänglich erfindungsgemäß arbeitet von der kritischen Betriebsweise abweicht beispielsweise durch eine zu geringe Drosselhöhe, wodurch die Freiheit einer der Wände beschränkt wird, oder durch Einführen von degradiertem Chargenmaterial in das Bett, wobei jeder dieser Effekte die anderen nach sich zieht tritt eine Anzahl weiterer bedeutender Änderungen im Verhalten der Vorrichtung und ihrer Charge ein. Dies sind beispielsweise folgende Änderungen:

1) Der Sektor des Bodenöffnungsrandes, über den die maximale Abgabe erfolgt wandert von der γ=270° -Lage zu der γ = 360° -Lage. Anstatt den Boden über die Bahn der geringsten Kraft zu kreuzen, wartet die Feststoffcharge darauf, daß sie zum Ende des Abgabehubes hin zwangsweise weggedrückt wird.

2) Die Position des maximalen Schubs bzw. Drucks an der Außenwand wandert ebenfalls von der γ = 270° -Lage zu der γ=360° -Lage. Der Betrag des Schubs nimmt relativ hohe Werte mit einer Größenordnung an, die gegenüber der vollkommen verschieden ist wie sie bei der kritischen Betriebsweise auftritt Dadurch steigen die Leistungsanforderungen sehr steil an.

3) Bei der kritischen Betriebsweise nähert sich die Umfangsnacheilung zwischen der Außenwand und dem Boden einem Wert der gleich der Hublänge ist Die Kraft für das Drehen der Außenwand ist minimal. Außerhalb der kritischen Betriebsweise wird die Nacheilung geringer und die Freiheit der Wände, hinter dem Boden herzueilen, wird durch eine Neigung zu einem zwarigsweisen Antrieb von dem Boden durch die Beschickung behindert Die Innenwand kann einer beträchtlichen Beschleunigung unterliegen.

4) Das Chargenmaterial wird in dem Bereich der Drossel Mahl- und Zerkleinerungskräften ausgesetzt, so daß das Chargenmaterial abgebaut bzw. in der Qualität verschlechtert wird oder die Vorrichtung einen starken Verschleiß erteilet oder beide Effekte zusammen auftreten.

5) Die Bewegung und Verteilung des Feststoffchar-

genmaterials in dem Bett wird in jedem Sinne ungleichförmig, wobei insgesamt eine starke Verschlechterung der Gasstromsteuerung und des Leistungsvermögens auftritt und sich lokale Erscheinungen, wie Heißstellen, bilden. Die Arbeits- s weise der Vorrichtung wird in zunehmendem Maße unkontrollierbar und zerstörend, während bei der kritischen Betriebsweise die Vorrichtung leicht und leistungsstark arbeitet und einfach zu steuern ist

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Während also bei der kritischen Betriebsweise die Feststoffcharge hauptsächlich durch die Vorrichtung infolge der Schwerkraft geführt wird, erfolgt der Durchlauf der Charge durch die Vorrichtung außerhalb der kritischen Betriebsweise hauptsächlich durch Antriebsenergie. Das Übermaß dieser letzteren Energieform über die Schwerkraftenergie drückt sich in Form zerstörender Effekte aus.

Bei der kritischen Betriebsweise ändert das Chargenmaterial, welches vertikal nach unten zum Boden des Ringbettes gesunken ist, die Richtung um 90° glatt und schreitet über den Boden in einer unbegrenzt zunehmenden geordneten Weise weiter. Darüber hinaus ist die Arbeitsweise der Vorrichtung bei der kritischen Betriebsweise in jeder Hinsicht bezüglich Bewegung und Leistung nicht nur in dem Sinne kontinuierlich, daß sie kontinuierlich eintritt, sondern auch in dem Sinne, daß jede Kurve, welche ihr Verhalten charakterisiert, frei von Diskontinuitäten ist

Es wird davon ausgegangen, daß der Drosselüberführungsmechanismus in der nachstehenden Weise in einer Ringbettvorrichtung wirkt, die mit Feststoffchargenmaterial gefüllt ist und in der kritischen Betriebsweise arbeitet Wenn der Boden sich radial nach innen relativ zu dem Ringbett während des Füllhubs bewegt, trägt er mit sich das gesamte Feststoffchargenmaterial, welches unter der Drosselgrenzfläche liegt, da durch die Definition der kritischen Betriebsweise die Drosselgrenzfläche mit dem wirksamen Schüttwinkel oder dem Winkel der Gleitreibung des Haufens von Feststoffmaterial, der auf diese Weise vorwärtsbefördert wird, zusammenfällt Da jeder Teil des Haufens unmittelbar unter der Drosselgrenzfläche eine inkrementelle bzw. zusätzliche Bewegung vom der Grenzfläche in einer Radialrichtung weg ausführt, kann deshalb ein entsprechender Teil des Materials unmittelbar über dem ersten Teil über der Grenzfläche durch die Schwerkraft fallen, um den Platz des ersten Teils einzunehmen. Im Idealfall kann diese Wirkung im wesentlichen fortschreiten, ohne daß eine Neuanordnung oder Ausdehnung der Charge erforderlich ist

Während eines jeden Fülihubs wird deshalb eine Lage der Feststoffcharge vom Boden des Bettes an der Drosselgrenzfläche »abgeschält«. Diese Schicht, weiche von der Grenzfläche mit vernachlässigbarer Kraft weggebracht wird, hat eine Länge, die gleich dem halben (mittleren) Umfang der Drosselgrenzfläche ist, und einen Querschnitt hat, der ein Parallelogramm mit einer vertikalen Höhe, die gleich der Drosselhöhe ist, mit einer Basis, die gleich der Hublänge ist, und mit einer Seitenneigung mit dem effektiven Schüttwinkel ist

Wenn die Schicht die Drosselgrenzfläche verläßt, wird ihr Platz von einer Schicht mit den gleichen Abmessungen und einer Neigungsstellung eingenommen, die sich in dem Bett nach unten in die gleiche es Stellung mit einer Geschwindigkeit der Schicht- bzw. Lagentiefe (tan Φ χ Hublänge) für jede Umdrehung des Bettes ausgehend von einer Anfangslage auf der Oberseite des Bettes bewegt hat, wo die eigentliche Beschickung die Feststoffcharge kontinuierlich nach unten mit dem wirksamen Schüttwinkel (der Beschikkung) auflegt Wenn das Bett mit der kritischen Betriebsweise arbeitet, ändert sich die Klassierung der Charge bei der Bewegung nach unten durch das Bett nicht genug, um irgendeine beträchtliche Änderung in dem effektiven Schüttwinkel herbeizuführen.

Das Volumen einer gegebenen Menge der Feststoffcharge auf dem Boden kann nur bis zu einem stark begrenzten Ausmaß reduziert werden, so daß die Abnahme in Umfangsrichtung oder der Zwangswinkel bzw. der winkelförmige Grenzwert durch eine Zunahme der Höhe des Materialhaufens kompensiert wird, worauf anhand der Beschreibung der Zeichnungen noch näher eingegangen wird. Die vorstehend erwähnte Schicht, die von der Drosselgrenzfläche »abgeschält« worden ist, verkürzt dementsprechend unmittelbar den Umfang während des Abziehens vom Boden des Bettes und erhöht im wesentlichen dementsprechend die Höhe. Jedes Teilchen (körnig oder kugelförmig) in der Schicht folgt demzufolge einem unterschiedlichen radialen Weg, der einen Winke! mit dem Boden bildet, der umso größer ist, je höher das Teilchen in der ursprünglichen Lage der Schicht der Drosselgrenzfläche sitzt, bis die Bahn die Innenfläche des Haufens von Chargenmaterial erreicht, das sich zu dem Bodenöffnungsrand mit dem wirksamen Schüttwinkel des Chargenmaterials hin neigt Der Schüttwinkel an dieser Stelle ist geringfügig größer als der unter der Drossel bei der kritischen Betriebsweise.

Das Feststoffchargenmaterial, welches auf der Oberseite des Arbeitsbettes in der Nähe der Innenwand eintritt, sinkt durch das Bett in der Nähe der Innenwand ab, geht durch die Drosselgrenzfläche nahe unter dem Drosselpunkt, läuft auf der Oberseite des kraterförmigen Haufens von Chargenmaterial, wenn es nach innen über dem Boden bewegt wird, und rutscht abschließend die innere Schrägung hinab nach außen durch die Abgabeöffnung.

Das Feststoff material, das auf der Oberseite des Arbeitsbettes in der Nähe der Außenwand eintritt, sinkt durch das Bett in der Nähe der Außenwand nach unten, geht durch die Drosselgrenzfläche in der Nähe der Unterseite der Außenwand und läuft in Kontakt mit dem Boden zu der Abgabeöffnung.

Das Fortschreiten des Chargenmaterials Schicht um Schicht erleichtert eine enge bzw. genaue Steuerung der Behandlung in dem Bett, wobei die Schichttiefe direkt proportional zur Hublänge ist, d. h. zu dem Versetzungsabstand. Die Betthöhe kann innerhalb einer Toleranz eines Bruchteils des Verschiebeabstands mittels einer Rückführ- bzw. Feed-back-Regulierung konstant gehalten werden, die mit der Abgabe verbunden ist welche bei der Zuführungseinrichtung verwendet wird, wobei dies anstelle einer Wägung geschieht Eine Änderung des oberen Pegels des Bettes von einer Schichttiefe oder von einem Korndurchmesser kann unabhängig von der mittleren Weglänge des Bettmaterials erreicht werden.

Aus dieser Schicht-für-Schicht-Behandlung erhält man einen optimalen Vorteil dadurch, daß ein kleiner Versetzungsabstand benutzt wird, der gewünschtenfalls sogar einer Schicht entspricht, die nur die Stärke eines Korns oder eines Klumpens hat, so daß der Durchsatz pro Umdrehung niedrig ist, jedoch auf den gewünschten Gesamtmengenstrom gebracht werden kann, wenn die Drehzahl des Bettes erhöht wird.

Die gesamte Arbeit, beispielsweise der Wärmeaus-

tausch oder eine physikalische oder chemische Änderung, die bei dem Feststoffchargenmaterial durch den Gegenstrom gegen das hochgezogene Gas durchgeführt werden soll, "all innerhalb des eigentlichen Bettes stattfinden, wo die Abwärtsbewegung des Materials und s die Verweilzeit gleichförmig sind, d.h. über der Drosselgrenzfläche. Im folgenden wird die Bewegung des Chargenmaterials zwischen der Drosselgrenzfläche und der Bodenöffnung nach dem Ausführen dieser Arbeit betrachtet

Eine gegebene Menge von Feststoffchargenmaterial muß, während es von dem Boden in Radialrichtung zu der Achse des ringförmigen Bettes getragen wird, d h. zu der Mitte eines Kreises, fortschreitend kleinere Umfange des Kreises.

Je näher zum Boden das Material in dem Haufen läuft, desto fänger ist die Zeit, die es in dem Haufen bleibt In dem Grenzfall, wenn die Abgabeöffnung einen maximalen Durchmesser hat, kann das Material an der Oberseite des Haufens in einem einzigen Hub der Vorrichtung abgezogen werden, während das Material in Kontakt mit dem Boden in dem Haufen während der Dauer einer Anzahl von Hüben verbleibt

Stabilitätskriterium R, sei der Radius der Abgabeöffnung im Boden.

Rb sei der Radius der Schale oder der äußeren Ringwand.

a sei die Ringbreite des Bettes, d. h. die Differenz der jeweiligen Radien der Außenwand und der Innenwand des Ringbettes.

θ sei der Neigungswinkel zwischen dem Boden und der Horizontalen.

Φ sei der effektive Schüttwinkel des Chargenmaterials unter der Drossel, wenn die Vorrichtung mit der kritischen Betriebsweise arbeitet.

Wenn angenommen wird, daß der wirksame Schüttwinkel an der Abgabeöffnung gleich Φ ist und der Versetzungsabstand vernachlässigbar ist, da er bezüglich R, und Rb klein ist, kann das Stabilitätskriterium durch die folgende Beziehung(2) ausgedrückt werden:

R_a<

R_b-2a(l₊

(2)

Diese Beziehung gibt die maximale Grenze, die von dem Abgabeöffnungsdurchmesser nicht übersrhritten werden darf, wenn das Bett stabil bleiben soll.

Im allgemeinen sollte der Abgabeöffnungsdurchmesser nicht mehr betragen als der Wert ausmacht, der durch das Stabilitätskriterium bei dem niedrigsten erwarteten Schüttwinkol des Chargenmaterials festgelegt ist, d. h. bei dem Winkel, der der besten Klassierung entspricht, der wegen der Bedenneigung die größte Bodenbreite für die Stabilität erfordert. Mit dieser Vorsichtsmaßnahme arbeitet die Vorrichtung auch stabil, wenn die Klassierung sich verschlechtert und der Schüttwinkel demzufolge ansteigt.

Der Haufen von Feststoffchargenmaterial, der auf dem Boden radial von der Drosselgrenzfläche während des Füllhubs weggetragen wird, neigt dazu, in der Höhe zuzunehmen, wenn er die Drosselstelle verläßt, worauf noch näher eingegangen wird. Idealerweise sollte sich deshalb das Dach über dem sich nach innen bewegenden Haufen nach oben von dem Dachumfang an der Drossel neigen, um eine Freigabe zu ermöglichen, d h. um die Höhenzunahme aufzunehmen. Eine weitere Freigabe ist durch die nach unten gerichtete Neigung des Bodens gegeben.

Eine unzureichende Freigabe hat die Wirkung einer horizontalen Drosselung, die verschieden von der vertikalen Drosselung der Höhe H ist Ein bestimmter horizontaler Drosseleffekt ist vorhanden, wenn nicht der Drosselpunkt bezüglich des Versetzungsabstandes ausreichend scharf ist Jede merkliche Fläche der Dachoberfläche, die sich horizontal nach innen von dem Umfang an der Drossel erstreckt, läßt einen wesentlichen horizontalen Drosselungseffekt entstehen, wodurch der Haufen komprimiert wird, was die Gefahr nach sich zieht, daß das Feststoffmaterial abgebaut bzw. zerkleinert wird und von der kritischen Betriebsweise abgewichen wird

Wenn eine horizontale Drosselungswirkung vorhanden ist, sollte die Abgabeöffnung so groß wie möglich innerhalb der durch das Stabilitätskriterium gesetzten Grenzen bei einem minimalen Schüttwinkel sein.

Schüttwinkel

Es wird nicht angenommen, daß der dynamische oder wirksame Schüttwinkel Φ des Feststoffchargenmaterials unter der Drossel genau der gleiche ist (obwohl er annähernd der gleiche ist) wie der Neigungswinkel, der direkt entweder innerhalb der Vorrichtung oder an einem äußeren Haufen des gleichen Materials beobachtet werden kann. Der effektive Schüttwinkel ist der Winkel, der die primäre Beziehung (1) erfüllt wenn die Ringbettvorrichtung mit der kritischen Betriebsweise arbeitet Somit kann der effektive Schüttwinkel durch ein indirektes Verfahren bestimmt werden, bei welchem die Vorrichtung bei der kritischen Betriebsweise dadurch arbeiten gelassen wird, daß die Drosselhöhe für eine gegebene Ringbettbreite eingestellt wird, worauf der Winkel Φ dadurch gefunden werden kann, daß die Betriebswerte der Drosselhöhe und der Ringbettbreite in die primäre Beziehung (1) eingesetzt werden.

Die Feststellung der Arbeitsweise in der kritischen Betriebsweise ist in der Praxis nicht schwierig, da das beobachtete Verhalten der Vorrichtung bei dieser Arbeitsweise so deutlich charakterisiert ist, beispielsweise bezüglich der Größenklassierungsqualität an der Abgabe, der Leistungsanforderung und insgesamt des leichten Laufes. Aus den vorstehenden Ausführungen für die Wirkungen beim Arbeiten mit der kritischen Betriebsweise ergibt sich, daß die Einstellung dieser Betriebsweise durch Bezug auf das optimale Erreichen eines dieser Effekte erreichbar ist. Zu den Effekten gehören beispielsweise:

1) Die Umfangsnacheilung bei der Ringbettdrehung hinter der des Bodens ist so nahe dem Idealwert, wie die Vorrichtung in der Lage ist, mit der Boden-Wand-Abdichtung einen freien Laufzustand zu erreichen.

2) Die Richtung des maximalen seitlichen Schubs auf die Außenwand nähert sich y = 27O° bezogen auf die Versetzungsachse so nahe wie möglich, und dieser maximale Schub erreicht seinen niedrigsten Wert

3) Jeder Abbau bzw. jede Zerkleinerung, die das Chargenmaterial erleidet, liegt bei einem Minimum. 4) Die erforderliche Gesamtantriebsleistung ist ein Minimum.

5) Das Feststoffchargenmaterial wird über den Rand der Bodenöffnung so nahe der y=270° -Lage abgegeben, wie es die Vorrichtung zuläßt

6) Die Behandlung des Feststoffchargenmaterials erreicht den höchsten Wert an Gleichförmigkeit; der Beschickungsmengenstrom nähert sich sehr stark der Beziehung (3), die noch definiert wird.

Die Erfindung umfaßt somit ein Verfahren zum Messen des wirksamen Schüttwinkels, der im Hinblick to auf den eingesetzten Mechanismus als idealer oder natürlicher Schüttwinkel angesehen werden kann. Wenn das Rinbett mit körnigem, kugeligem oder stückig gemachtem Material beschickt wird, das größer als 5 mm ist, kann davon ausgegangen werden, daß die unterteilten Feststoffe, welche aus der Vorrichtung austreten, im wesentlichen die gleiche Teilchengrößenverteilung wie an der Drossel haben. Für alle praktischen Zwecke sind diese Feststoffe Kugeln oder Körner, die abhängig von ihrem Anfangszustand und dem Grad des Bruchs, dem sie ausgesetzt worden sind, in einer ununterbrochenen Größenklassierung liegen, ausgehend von einer Größe von wenigstens 0,3 mm, gewöhnlich wenigstens 1 mm, bis zu einer Größe, die normalerweise 4 cm nicht übersteigt. Die Klassierung selbst kann bei einer vorherrschenden Klassierung einer Größe, also Teilchen mit vorherrschend einer Größe, bis zu einer eng gepackten Klassierung reichen, die sich der Klassierung annähert, bei welcher der breiteste Bereich von Größen vorhanden ist.

Diese Verteilungen sind in den Zeichnungen dargestellt und entsprechen einem Schüttwinkel, der in der Praxis zwischen 30 und 40° liegt, so daß tan Φ zwischen 0,6 und 1,0 liegt.

Material unter 0,3 mm in der Größe wird im allgemeinen unter Berücksichtigung durch das strömende Gas ausgeschlossen, da das Material entweder in Suspension im oberen Teil der einzelnen Hohlräume zwischen den Körner gehalten wird oder aus dem Bett abgeführt wird, so daß dieses gereinigt wird. Bei einem gegebenen ausreichenden Gasdruck oder einer gegebenen ausreichenden Saugwirkung eines Gebläses, kann das Ringbett auch das sehr stark zerkleinerte Material behandeln, solange die kritische Betriebsweise aufrechterhalten wird.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß Werte von Φ, die wie oben beschrieben erreicht werden, auf andere, meßbare Parameter bezogen sind und daß die letzteren in der erfindungsgemäßen Praxis anstelle von Φ vorteilhafterweise verwendet werden können.

So hat sich gezeigt, daß tan Φ eine im wesentlichen lineare Beziehung, die in den Zeichnungen dargestellt ist und durch Versuch erhalten wird, zu der Schüttdichte bzw. Fülldichte γ β des Feststoffchargenmaterials an der Abgabestelle hat. Diese Beziehung ist zufriedenstellend über einen Bereich des spezifischen Gewichts von 1,5 bis 4,0 anwendbar. Diese Fülldichte kann natürlich leicht von den beobachteten Volumen- und Massenbeschikkungsströmen bestimmt werden, die am Abgabeauslaß gemessen werden.

(·) lb/ft³, entsprechend 24 bis 64 p/cm³

Beziehung für den Beschickungsmengenstrom

Im Nachstehenden wird die Gleichung für den Volumenstrom für die Beschickung aufgeführt, die man dadurch erhält, daß man das Volumen der unter der Drossel bei der kritischen Betriebsweise bei jeder vollständigen Umdrehung abgezogenen Schicht betrachtet

K = 2ne (R_n- e)(h + alane). (3)

In dieser Gleichung sind:

V_r das pro Umdrehung zugeführte Volumen,

e der Versetzungsabstand, die Exzentrizität bzw. die halbe Hublänge,

R_m der mittlere Radius des Ringbettes bzw. (Rb- a/2), h die Drosselhöhe,
a die Ringbreite zwischen der Innenwand und der

Außenwand und
θ der Neigungswinkel des Bodens zur Horizontalen.

. Für den Massenstrom der Beschickung ergibt sich dementsprechend für die hier betrachteten Feststoffe die folgende Gleichung, wobei M_r die Masse pro Umdrehung ist:

M_r= 2π r γ_Β (R_m -e)(h+a tan Θ)

Wenn man die kleine Komponente dieser Beschikkung betrachtet, die sich tatsächlich aus dem Bett bei dem Füllhub infolge der Bodenneigung unter dem Bett nur als eine Freigabe für die Drosselwirkung bewegt, erhält man eine erste Annäherung wobei e bezüglich R_n, vernachlässigt wird:

M_r — 2 .-τ e γ_Β R_m h .
Klassierung

(3A)

b5 Ein weiterer Parameter, der anstelle von Φ einseizbar ist und eine bedeutende Verbindung zu anderen wichtigen Parametern gibt, ist der Klassierungsfaktoi· P, wie er für das Feststoffmaterial an der Abgabestelle benutzt wird. Der Klassierungsfaktor drückt das Gewichtsverhältnis oder Volumenverhältnis in einer Probe von körnigem Feststoffmaterial zwischen a) der Fraktion, welche eine erste festgelegte Größe, beispielsweise 25 mm, überschreitet, und b) der Fraktion aus, die kleiner ist als eine zweite, vorher festgelegte Größe, beispielsweise 9,5 mm, die in die Zwischenräume der ersten Fraktion passen würde. Das Verhältnis kann beispielsweise als +25/-10 mm oder +1/-3/8" ausgedrückt werden. Ein weiteres Beispiel für einen Klassierungsfaktor, der bei einer Drosselfestlegung nützlich ist, ist +40/ -10 mm.

Im vorstehenden wird zur Vereinfachung angenommen, daß das körnige oder kugelige bzw. klumpige Chargenmaterial bezüglich Wicht der einzelnen Körner oder Kugeln homogen ist, so das Pbezogen auf Gewicht oder Volumen gleichgemacht werden kann. Wenn gemischte Materialien behandelt werden, ist es natürlich erforderlich, eine dementsprechende Kompensierung vorzusehen.

Obwohl die erfindungsgemäßen Vorteile im allgemeinen mit körnigen oder kugeligen Materialien erreicht werden können, sind sie in steigendem Ausmaß gesichert, wenn sich die Klassierung zu einer Einzelgrößenklassierung hin verbessert, d. h. sich einem hohen Klassierungsfaktor Pnähert.

Eine Berücksichtigung der Masse, welche den Klassierungsfaktor der anfänglichen Beschickung erhö-

hen, ist deshalb in einem wesentlichen Ausmaß vorteilhaft

Der effektive Schottwinkel Φ ändert sich mit dem Klassierungsfaktor Pin einer Weise, die leicht anhand einer Versuchsanalyse bestimmt werden kann. Mit zunehmendem Klassierungsfaktor nimmt der Schutt winkel zu Werten in der Nähe von 30° ab, wobei infolge des abnehmenden Hohlraums eine entsprechende Reduzierung der Schüttdichte auftritt Die Eichung ist in der Zeichnung dargestellt

Der Klassierungsfaktor, der durch +25/—0 mm ( +1/-3/8") ausgedrückt wird, gibt einen Wertebereich von etwa 0,06 bis 60 für klassiertes Material, w-elches zwischen einem sehr dichten Material liegt und bis zu einem Material reicht, bei welchem Φ=30°. is

Eine zweckmäßige Beziehung besteht nicht nur zwischen P, Φ und γβ, wie dies erläutert wurde, sondern auch mit d_m dem mittleren (kernförmigen oder kugelförmigen) Teilchendurchmesser des Chargenmaterials. Die verschiedenen Beziehungen, die zwischen Parametern des Ringbettes und ihrer Arbeitsweise bei der kritischen Betriebsweise erstellt werden können, ermöglichen es dem Konstrukteur oder der Bedienungsperson, einen Wert oder alle Werte zu bestimmen. Der Klassierungsfaktor P ist ein besonders günstiger Verbindungsparameter des zu behandelnden Chargenmaterials in mehreren solchen Beziehungen, wie sie nachstehend noch dargestellt werden.

Gasstrom

JO

Bei der erfindungsgemäßen Ringbettvorrichtung erstreckt sich das Bett definitionsgemäß entsprechend der tatsächlichen Betriebsweise von der oberen Oberfläche des Chargenmaterials nach unten 2U der Drosselgrenz- bzw. -zwischenfläche. Wenn das Elett in der kritischen Betriebsweise betrieben wird, bestimmt der Feststoffstrom den Gasstrom. Es zeigt sich, daß der sich ergebende Gasstrom bemerkenswert gleichförmig ist. Der Grund für diese aerodynamische Nivellierung ergibt sich beispielsweise aus der Gleichförmigkeit des Produktes, beispielsweise in einem mit der kritischen Betriebsweise arbeitenden Ringofen zu Koks umgewandelte pelletisierte Kohle; durch die Eignung; der Korrelationsfaktoren, welche den Gasdruckabfall ΔΡΊη dem Bett (gesamte Einschnürung R geteilt durch die Betthöhe H) und die Klassierung der Feststoffcharge verknüpfen, die beispielsweise durch einen Klassierungsfaktor P oder durch einen mittleren Teilchendurchmesser d_m oder durch Φ charakterisiert ist; und durch das Erreichen von im wesentlichen gleichen Temperaturen an Stellen quer über die Bettbreite.

Das Bett aus körnigem oder kugeligem bzw. klumpenförmigem Material ist über der Drosselgrenzfläche beweglich, »lebt« und erreicht die maximale Gasdurchlässigkeit während des Füllhubs. Während des Abgabehubs ist das Material des Bettes statisch und so seine Gasdurchlässigkeit geringer. Wenn hier auf Ap oder R Bezug genommen wird, so bedeutet dies, daß die Mittelwerte für den ganzen Ring gemeint sind. Obwohl ω das Bett rotiert, bleiben sowohl der Füllsektor als; auch der Abgabesektor in einer Richtung bezüglich der Grundfläche ausgerichtet. Wenn sich das Bett nicht wirklich dreht, kann die kritische Betriebsweise nicht eingestellt werden, und es besteht keine Möglichkeit, einen zufriedenstellenden Gasstrom zu erreichen.

Während des Füllhubs wird der Materialhaufen auf dem Boden von der Drosselgrenzfläche weg unter gleichzeitiger Reduzierung der Schüttdichte beschleunigt, während beim Abgabehub der Teil des Haufens angrenzend an die Drosselgrenzfläche tatsächlich statisch bzw. unbeweglich in Beziehung auf das Bett bleibt Die Eintrittsstelle für das Gas ist normale.-weise die Feststoffabgabeöffnung. Das Gas kann jedoch auch zusätzlich durch einen geeigneten Einlaß oder Brenner im Dach der Haube zugeführt werden. Auf jeden Fall trifft das Gas, unabhängig davon, ob es unter Druck zugeführt oder durch die Saugwirkung bewegt wird, zuerst auf die Kraterneigung des Haufens des körnigen oder kugeligen Feststoffmaterials. Der kürzeste Weg zum Auslaß an der Oberseite des Bettes würde das Gas nahe zur Drossel führen. Infolge der Beschleunigung des Haufens von der Drosselgrenzfläche weg, sinkt jedoch die lokale Schüttdichte ab, d.h. wird dieser Teil des Haufens geöffnet, so daß der Effekt einer »Speicherkammer« herbeigeführt wird, in welche das Gas leicht strömt und sich quer über dem Boden des Bettes ausgleicht Von allen Stellen am Boden des Bettes sind, wie hier definiert wurde, die Wege zur Oberfläche gleich,- wobei es keine bevorzugten Kanäle gibt mit Ausnahme relativ kleiner Wandeffekte. Das Ergebnis ist das gleiche wie in dem Fall, in welchem Gas durch einen Vielkanalinjektor oder Verteiler zugeführt wird, der so ausgelegt ist, um Gas mit einem gleichförmigen Druck an alle Teile des Füllsektors des Bettbodens (y = 0° bis 180°) abzugeben.

Die Gasdurchlässigkeit und Gasgleichförmigkeit wird noch dadurch begünstigt, daß wegen des »Anfüllungseffekts« (plenum effect) das von dem Ringbett zu einer zurückweichenden Oberfläche des Haufens absinkende Chargenmaterial ebenfalls gegen das hochströmende Gas fällt, was die gleiche Größenordnung des Massenstroms wie die Feststoffcharge haben kann. Demzufolge muß der in dem Bett eingeschlossene Staub an den oberen Flächen der zwischen den Teilchen liegenden Hohlräume in dem Bett gehalten werden, wodurch nicht nur die Durchlässigkeit verbessert wird, sondern auch die Beibehaltung des wirklichen Gleitreibungswinkel Φ an der Drosseltrennfläche begünstigt wird. Der Betrieb neigt innerhalb der kritischen Betriebsweise dazu, sich selbst aufrechtzuerhalten, während im Gegensatz dazu ein Abweichen von der kritischen Betriebsweise zu einer automatischen Verschlechterung tendiert. Die zulässigen 10% für die Erhöhung der Drosselhöhe über den Wert hinaus, der der primären Beziehung (1) genügt, repräsentieren den Übergangspunkt zwischen diesen beiden entgegengesetzten Tendenzen gut.

Die Leichtigkeit, mit welcher das Gleichförmigkeitsverhalten des Gases erreicht werden kann, ist natürlich im bestimmten Ausmaß von der guten Klassierung (hoher P-Wert) abhängig. Das Ringbett arbeitet jedoch bei der kritischen Betriebsweise besser als andere Bettarten, sogar bei einem schlecht klassierten Material.

Das Arbeiten bei der kritischen Betriebsweise ermöglicht die Korrelation des Gasstroms direkt oder indirekt mit allen anderen Parametern des Bettes. Dies kann auf verschiedene Weise erreicht werden, was in Prinzip von Fall zu Fall feststellbar ist, jedoch nur wegen der gleichförmigen Natur des Stroms anwendbar ist. Bei den meisten Anwendungen wird in einer solchen Ringbettvorrichtung beispielsweise das Behandlungsgas mit Temperaturen zugeführt, die im wesentlichen innerhalb des Bereichs von 800° bis 900⁰C liegen. Für eine typische Gaszusammensetzung hat sich ergeben, daß die folgende Beziehung mit den bei Ringbettania-

gen beobachteten Daten für die arn weitesten variierten Größen und Durchsatzraten übereinstimmen.

Diese Beziehung kann auch folgendermaßen ausgedrückt werden:

6,2 - IQ"

(5A)

R/H = Jc₁ ·

(5Q

Dabei sind:

die Gasstromeinschnürung

Wasserstandsanzeige)

die Betthöhe (in inch)

die Gasmassenstromdichte in lb/min ft² (ft² bezieht sich auf den Ringquerschnitt) und

der Klassierungsfaktor +l'V-3/8", wobei RJH=Ap.

wobei Jti eine Konstante ist, die für ein gegebenes Gas festgelegt werden kann.

in dem Bett (in inch ίο Verwendet man die in der F i g. 11 zwischen fund d_m gezeigte Beziehung, auf die später noch eingegangen wird, so findet man beispielsweise, daß für klumpenförmige Stoffe zur Herstellung von Zement in einem Ringofen, dem Gas bei 800⁰C mit einer Geschwindig-15 keit von 0,71 m/s bei 800°C wobei y_t 140 χ 10"⁶ m²/s ist, gilt für Material mit relativ schlechter Klassierung:

(Wird Ca in kp/min m² eingesetzt, muß die linke Gleichungsseite mit dem Faktor 1/25 multipliziert werden.)

Tabelle 1

Nr.	P	Tatsächlich	Berechnet
1	0,076	1,0	0,950
2	0,42	0,734	0,728
3	4,5	0,475	0,475
4	12,5	0,402	0,402
5	60	0,308	0,308

R_ H

186

y°·⁶⁷

10

-3

(5B)

Darin sind:

20

Die nachstehende Tabelle 1 zeigt einen Vergleich der berechneten Werte mit den tatsächlichen Werten, die bei einer Vielzahl von körnigen Feststoffen, wie Eisenerz und Zement, verschiedener Klassierungen erreicht werden. Die Zahlen in der ersten Spalte beziehen sich auf die in F i g. 8 numerierten Kurven. Die tatsächlichen Werte entsprechen Fig. 12, worauf später noch Bezug genommen wird.

30

35

40

Obwohl für die meisten praktischen Zwecke die Annäherung von Gleichung (5A) zufriedenstellend ist, führt sie zu einer beträchtlichen Abweichung in manchen Fällen, insbesondere im Bereich der in Fig.

gestrichelten Linien. Eine bessere Annäherung wird durch die nachstehende Beziehung erreicht, bei deren Ableitung die Reynolds-Zahl mit berücksichtigt ist.

R die Gasstromeinschnürung H die Betthöhe R/H =Δρ, wobei der Druckabfall in Wasseranzeige pro

Betthöhe jeweils in inch oder cm gemessen wird, W, die Oberflächengeschwindigkeit in m/s bei der

Temperatur t, in diesem Fall bei 800⁰C, γ, die kinematische Viskosität des Gases in m²/s bei

der Temperatur t, in diesem Fall bei 800⁰C, und d_m die mittlere Teilchengröße des Feststoffchargen rnäteriäls in m.

55

60

P= 1,0; RJH = 0,912 cm/cm (inch/inch) Für ein Material mit oberer mittlerer Klassierung:

P= 10,0; R/H= 0,520 cm/cm (inch/inch) Für ein Material mit guter Klassierung:

P = 60; R/H = 0,294 cm/cm (inch/inch)

Im Falle typischer, in Öfen verwendeter Verbrennungsgasc bei SOO⁰C entspricht ein Durchsatz von 1 kp/m²s einer Geschwindigkeit von 1 m/s.

Ein Diagramm der Beziehung (5B) bzw. (5C), in welchem R/H über W, in logarithmischen Koordinaten aufgetragen ist, ergibt eine Gruppe von parallelen Geraden, also jeweils eine Gerade für einen speziellen Klassierungsfaktor P, der einem speziellen Wert von d_m entspricht. Diese Geraden stimmen sehr gut mit den Daten überein, die in einem weiten Bereich von Bettgrößen und Durchsätzen beobachtet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt im Schnitt in der Ebene der Versetzungsachse einen Ringofen für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

F i g. 2 zeigt schematisch in einem vertikalen Schnitt durch die Drosselregion der Ringbettvorrichtung die Einstellung des Stabilitätskriteriums 2, bei der kritischen Verfahrensweise;

F i g. 3 zeigt schematisch im Vertikalschnitt durch die Drosselregion der Ringbettvorrichtung die Einstellung der Beziehung für den Beschickungsstrom in der kritischen Betriebsweise.

Fig.4 zeigt eine Modifizierung von Fig.4 bei der Einstellung des Volumens, das bei der kritischen Verfahrensweise beim Abgabehub zugeführt wird;

F i g. 5 zeigt schematisch im Vertikalschnitt durch die Drosselregion die Bewegung eines Materialhaufens auf dem Ringboden beim Füllhub bei der kritischen Betriebsweise;

F i g. 6 zeigt in einem Diagramm die Verweilzeit des Chargenmaterials in einem Ringbett abhängig von der Radiallagc im Bett bei der kritischen Betriebsweise;

F i g. 7 zeigt in einem Diagramm mit logarithmischen Koordinaten die Schüttdichte abhängig von tan Φ;

F i g. 8 zeigt in einem Diagramm eine Reihe von fünf kontinuierlichen Klassierungen von körnigem Material;

Fig.9 zeigt in einem Diagramm tan Φ über dem mittleren Teilchendurchmesser d_m\

Fig. 10 zeigt in einem logarithmischen Wahrscheinlichkeitsnetz die Reihen von fünf kontinuierlichen Klassierungen von F i g. 8;

F i g. 11 zeigt in einem Diagramm mit logarithmischen Koordinaten tan Φ und den mittleren Tcüchendisrch-

messer über dem Klassierungsfaktor in der kritischen Betriebsweise.

Fig. 12 zeigt in einem Diagramm die Gaseinschnürung bzw. Gasdrosselung über dem Gasmassenstrom bei verschiedenen Klassierungsfaktoren bei der kritischen Betriebsweise;

Fig. 13 ist eine geometrische Darstellung für die Bestimmung der Maßstabsabmessungen einer Ringbettvorrichtung für das Arbeiten in der kritischen Betriebsweise.

Die in F i g. 1 gezeigte Vorrichtung hat einen Ringboden oder ein Bodenstück 1 aus feuerfestem Material, das auf einer Basisplatte abgestützt ist, wodurch der Boden einer ringförmigen ProzeSkammer 24 gebildet wird, die von Außenwandteilen 2 und Innenwandteilen 2' begrenzt wird und durch die körniges oder kugeliges bzw. klumpenförmiges Feststoffmaterial hindurchgeht, welches getrocknet, erhitzt, gekühlt oder auf andere Weise behandelt werden soll. Der Boden bzw. das Bodenstück 1, die Innenwand 2' und die Außenwand 2 sind für eine getrennte Drehung installiert, wobei der Boden um eine Achse χ und die Wände um eine versetzte Achse y rotieren. Die Kammer 24 ist auf der Oberseite durch eine ortsfeste ringförmige Abdeckplatte 40 abgeschlossen, die an dem Oberbau 39 befestigt ist, der von Stützen 18 getragen wird.

Die Abdeckung ist so angeordnet, daß sie die Kammer luftdicht durch nach unten hängende Flanschplatten 21 verschließt, die sich in mit Flüssigkeit gefüllte Rinnen 31 und 32 erstrecken, die an dem Aufbau der Außenwand 2 bzw. Innenwand 2' vorgesehen sind. Gewünschtenfalls können überhängende Schutzplatten vorgesehen werden, um den Verlust an Abdichtungsmedium durch Verdampfung, wenn das Medium eine Flüssigkeit ist, auf ein Minimum zu reduzieren, und um das Eindringen von Schmutz und Staub zu verhindern. Für die Abdichtungsrinnen 31 und 32 wird die Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, konstant durch Rohre zugeführt, um die Rinnen auf der Höhe von Überströmrohren gefüllt zu halten, die in eine nicht gezeigte Abzugsrinne führen, welche an den Stützen 18 des Oberbaus befestigt ist.

Der Boden 1 besteht aus einem Rahmen, der auf seiner Unterseite mit einem ringförmigen Laufband oder einer Schiene 9' versehen ist, durch welche der Boden drehbar auf einer Vielzahl von Rollen 9 sitzt, die in nicht gezeigten Trägern für ein Umlaufen installiert sind, die ihrerseits an dem Boden gehaltert sind. Um die Bewegung des Bodens 1 bezüglich der Drehung um die Achse χ zu begrenzen, ist eine Vielzahl von am Umfang im Abstand angeordneten Schubrollen 8 vorgesehen, die an der Seitenwand der Ringschiene 9' angreifen. Die Rollen 8 sind seitlich mittels Schrauben längs nicht gezeigter, radial ausgerichteter Führungen einstellbar.

Der Boden 1 ist so angeordnet, daß er über einen Elektromotor M angetrieben werden kann, der über ein geeignetes Untersetzungsgetriebe G ein Ritzel 33 antreibt, welches mit einem gezahnten Antriebsring 34 am Außenumfang des Bodens 1 kämmt

Die Außenwand 2 ist mit einem Reifen 15 versehen, durch den sie drehbar an Rollen 16 abgestützt ist, die an den Stützen 18 für einen Umlauf um radial ausgerichtete horizontale Achsen sitzen. Schrauben aufweisende, nicht gezeigte Einrichtungen dienen zu einer vertikalen Einstellung der Rollen 16. Die Bewegung der Außenwand 2 wird auf die Drehung um die j^Achse durch seitliche Schubrollen 17 begrenzt. Eine Aufwärtsbewegung der Außenwand wird dadurch verhindert, daß an der Oberseite ein zweiter Satz von Rollen 16' angreift.

Die Innenwand 2' ist mit einem Dachaufbau 25 verbunden, der die Mitte des Bodens überspannt und darüber einen Raum abgrenzt und umschließt. Der Dachaufbau umfaßt einen Rahmen 26, der auf seiner Unterseite mit feuerfestem Material 25 verkleidet ist und der durch einen mittleren rohrförmigen Stab oder einen Achsschenkelbolzen 27 aufgehängt ist, der an

ίο einer Spindel 37 befestigt ist, die ihrerseits für ein Drehen in einem mittleren Lager 38 aufgehängt ist. Das Lager 38 wird wiederum von dem Oberbau 39 getragen. Schubrollen 44, die für einen Umlauf um vertikale Achsen an einer Reihe von am Umfang beabstandeten Trägern 47 sitzen, welche von dem Oberbau 39 herabhängen, greifen an einer am Rahmen 26 des Dachaufbaus befestigten kreisförmigen Schiene 45 an, um zu gewährleisten, daß der Dachaufbau sich um die Achse y dreht und keine übermäßige seitliche Bewegung ausführen kann.

Das zu behandelnde Material wird der Prozeßkammer 24 über eine Ventileinrichtung 105 zugeführt, die über einer öffnung in der Abdeckung 40 angeordnet ist. Die Vorrichtung ist als Längsschnitt auf der Versetzungsachse dargestellt, so daß sich das Ventil in Wirklichkeit nicht in der gezeigten Lage befindet, sondern an einer Stelle angeordnet ist, die um 90° um die y-Achse hinter die Zeichenebene gedreht werden muß. Das Material wird über eine Rinne 115 eingeführt, um es zu der Innenwand 2' zu lenken, so daß es ein Bett bilden kann, das von dem Boden 1 getragen wird und zwischen den Wänden 2 und 2' in der vorstehend beschriebenen Weise enthalten ist.

Ein zwangsweiser Rotationsantrieb der Innenwand 2' oder der Außenwand 2 ist nicht vorgesehen. Wenn die .Vorrichtung in Gebrauch ist und die Kammer 24 mit Material gefüllt ist, wird der Antrieb wie bereits erläutert wurde, auf die Wände durch das Chargenmaterial übertragen, das in Kontakt damit steht und auf dem Boden ruht, der zwangsweise angetrieben wird.

Bei einer solchen Umdrehung des Bodens drehen sich infolge der Versetzung zwischen den Achsen xund yder Boden und die Kammer exzentrisch, was dazu führt, daß das Material kontinuierlich von dem Bett an dem Boden 1 abgeschält wird und durch eine mittlere Abgabeöffnung 5 austritt, die im Boden 1 konzentrisch dazu vorgesehen ist

Die Prozeßgase, beispielsweise heiße, aus einem Ofen austretende Gase, werden der Vorrichtung über einen

so Schacht 5 durch die Abgabeöffnung 5 zugeführt wobei eine Flüssigkeit oder eine andere geeignete Abdichtung 30 zwischen dem Schacht 5 und dem Boden 1 vorgesehen ist Zwischen dem unteren Ende der Außenwand 2 und dem Boden 1 ist eine weitere Abdichtung 35 vorgesehen. Von dem Raum über dem Boden, der von dem Dachaufbau 25 umschlossen ist in

' welchen die Gase anfänglich eingeführt werden, werden die Prozeßgase zwangsweise durch das Materialbett im Gegenstrom dazu geführt Die Gase werden schließlich aus der Prozeßkammer über einen oder mehrere Schächte oder Röhre 48 abgezogen oder können dort entweichen, obwohl sie sich in der Praxis nicht über der Versetzungsachse befinden.

Man sieht, daß dadurch, daß eine ortsfeste Abdeckung 40 für die Prozeßkammer 24 abhängig von dem Hauptdachaufbau 25 vorgesehen ist der Rahmen 26 dieses Aufbaus und die Oberseite des eigentlichen Daches zur Atmosphäre hin offen ist

Die Dachauskleidung 25' hat am Umfang einen Randabschnitt 28, der für eine Freigabe bzw. Entspannung sorgt, wo das Feststoffchargenmaterial nach dem Verlassen der Drosselstelle 29 aufsteigen soll.

Weitere Einzelheiten des Aufbaus und der Bedeutung von Teilen der Vorrichtung von F i g. 1 ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der anderen Figuren.

Um Betriebseinstellungen vornehmen zu können, sind vorzugsweise schraubbare Einrichtungen oder andere geeignete Einrichtungen vorgesehen, um das Dach 25 anzuheben und abzusenken und um die Versetzung xy auf kontinuierlich gesteuerte Weise zu vergrößern oder zu verkleinern. Weiterhin ist eine Einrichtung zum Feststellen des Bettniveaus vorgesehen, die das Niveau der Oberseite des Bettes abtastet und die vorzugsweise mit einer Aufzeichnungseinrichtung für das Bettniveau verbunden ist.

F i g. 2 zeigt die geometrischen Beziehungen, welche den maximalen Durchmesser der Abgabeöffnung entsprechend dem Stabilitätskriterium (2) festlegen. Die Figur zeigt den Bereich der Drossel der Vorrichtung von F i g. 1 im vertikalen Radialschnitt in der y = 0°-Lage, wo die Abgabeöffnungen 5 sich der Innenwand 2' während des Betriebs bei der kritischen Betriebsweise am nächsten befindet.

BZ bezeichnet in F i g. 2 die Horizontale ausgehend vom Bodenumfang bei B und genauer ausgehend vom Außenwandboden. QV ist die vertikale Drosselhöhe h, BN die Ringbreite a. Es wird davon ausgegangen, daß die Schüttwinkel Φ (NBC) und (NMC) gleich sind. Der Fehler infolge dieser Annäherung liegt in Richtung eines glatteren und stabileren Betriebs. Die Abstände BN und NM sind deshalb jeweils gleich a. Der Bodenneigungswinkel θ ist zur Horizontalen gemessen. Somit gilt

2α · sin Θ
sin (Φ- Θ)'
MZ = MY ■ cos Φ

R„ + e < R_b - BZ ,

wenn das Bett stabil sein soll.
Daraus folgt:

:R_h-2a(l +

sin Θ · cos Φ \
sin (Φ - Θ) ) '

Dabei sind

35

40

45

50

R_a = der Radius der Abgabeöffnung
Rb = der Radius der Außenwand
e = derVersetzungsabstand

Der Grad der Versetzung e ist durch das Stabilitätskriterium für einen gegebenen Wert von R, begrenzt Da Φ (NMC) in der Praxis größer als Φ (NBC) ist und e bezüglich R, klein ist, erhält man als Annäherung:

60

Die Stabilität bezüglich der Betriebseigenschaften wird auch dadurch begünstigt, daß eine Betthöhe H, vertikal gemessen von der Drosselgrenzfläche BC zu der Bettoberseite parallel zu BQ von wenigstens Λ cot Φ (=a) oder vorzugsweise von 2A verwendet wird

Im Falle (A), in dem R_a bezüglich Φ zu groß ist, stellt sich ein Zustand des Ablaufens ein, wie er in F i g. 3 in gestrichelten Linien gezeigt ist. Wenn der Schüttwinkel Φ gleich dem Winkel NBWwird, wird die Neigung der Oberseite des Haufens nach unten zur Öffnung WY, so daß Material, welches sich in dem Bett über der Linie VW befindet, abrutscht, beispielsweise längs der Linie TMU, und durch die öffnung 5 fällt. Auf diese Weise strömt das Material in dem Bett mit einer übermäßigen und nicht steuerbaren Geschwindigkeit ab, also nicht bei der kritischen Betriebsweise. Das Ablaufen erfolgt mehr oder weniger um den ganzen Umfang der Abgabeöffnung herum, wodurch ein sich drehender Trichter von fallendem Material erzeugt wird. Dieser Zustand kann nur durch Absenken der Innenwand 2' beseitigt werden.

Fig.2 zeigt auch den engen bzw. fest gepackten Drosselzustand, der hervorgebracht wird (B), wenn h nicht hoch genug ist bezüglich Φ. Wenn Φ der Winkel NBQ wird, beispielsweise durch Einführen von abgebautem Material bzw. von Material verringerter Qualität, ergibt sich, daß das Chargenmaterial über dem Niveau QC gegen die Innenwand 2' statisch bzw. stationär bleibt Dieses Verhalten steht im Einklang mit einer Wanderung des Drosselpunktes C zum Punkt Q, wobei ein Drosselüberführungsmechanismus, wie oben beschrieben ist, arbeitet, jedoch auf der Basis einer Drosselgrenzfläche bei BQ anstelle von BC, so daß die Maschine nur über die Linie BQ beschickt. Wenn sich der Boden nach rechts bewegt, wie dies beim Füllhub der Fall ist, so kann Material über QC nicht nach unten gelangen.

Dies führt dazu, daß die Komprimierung der Charge in der Drosselregion erfolgt Der Beschickungsmengenstrom fällt stark und die Vorrichtung weicht von der kritischen Betriebsweise ab, was zu den vorstehend genannten Ergebnissen führt, wie der Wanderung des maximalen Abgabepunktes und der maximalen seitlichen Schublinie von y=360° aus. Der Totbereich über QC füllt sich schnell mit Staub und anderen Bruchstükken, da der Gasstrom in diesem Bereich fehlt Die Drosselung R/H wird relativ höher. Dieser Zustand kann nur durch Anheben der Innenwand 2' beseitigt werden.

Unter der Bedingung (A) oder (B) sind die Bedingungen für einen guten Wärmeübergang zwischen dem Gas und dem Feststoff gestört.

Fig.3 zeigt die Ableitung einer Beschickungsmengenstromgleichung. Es wurde vorausgesetzt daß das Material an der Drosselgrenzfläche BQ wie dies anhand des Drosselüberführungsmechanismus beschrieben wurde, während einer Umdrehung (tatsächlich bei dem Füllhub) des Bodens um eine Hublänge 2e zu der Lage ED gezogen wird. Das heißt mit anderen Worten, daß der Querschnitt der Schicht, die bei einer Umdrehung, was unter »Abziehwirkung« beschrieben wurde, abgeschält wird, ein Parallelogramm BCDEist

Wie im einzelnen aus Fi g. 5 zu ersehen ist steigt in der Praxis Material bei Clängs der Linie CC während des Füllhubs wegen der Efekte der Winkeleinschränkung, die das Material erleidet während es sich radial zur Mitte hin vorwärtsbewegt Der durch die relativ kurze Länge 2e eingefüllte Fehler kann vernachlässigt werden. Wegen der Winkeleinschränkungswirkungen ist jedoch die Lage D', die von dem Material von C aus in zwei Umdrehungen des Bodens erreicht wird, höher als C. Abhängig von R* d. h. von der Bodenbreite, ist für das Material über dem Boden eine größere oder kleinere Anzahl von Umdrehungen des Bodens

erforderlich, um die Position auf der nach unten gehenden Neigung zur Öffnung 5 für das Herausfallen zu erreichen. Trotzdem ist der Beschickungsmengenstrom, wie bereits erläutert, der gleiche, unabhängig von R_a, solange dieser Wert nicht zu groß oder zu klein wird. Demzufolge können die Abmessungen der Materialmenge, die von dem Haufen in die Abgabeöffnung 5 bei einer Umdrehung des Bodens abrutschen, nicht direkt festgestellt werden. Die Menge muß jedoch die gleiche sein, wie die durch die Drosselgrenzfläche hindurchge- ι ο hende.

R_m ist der mittlere Ringradius und gleich ^T?*+ Ä</)/2, wobei Rb der Außenwandradius und /?</der Innenwandradius sind.

Das quer über die Drosselgrenzfläche zugeführte Volumen oder die Schicht des Querschnitts BCDQ hat pro Umdrehung des Bodens nur einen Halbkreis als Ergebnis des jeweiligen Füll- und Abgabehubes. Das Volumen des kegelstumpfförmigen Halbringes des Querschnittes BCDE kann auf verschiedene Weise festgestellt werden, beispielsweise als die Hälfte des Produktes der Fläche der Drosselgrenzfläche nS(Rb+ Rd- e), wobei S die Länge BC= Λ/sin Φ und die Schichtdicke 2e sin Φ ist. Das Volumen kann auch als Hälfte des Produktes des mittleren Umfangs 2n(R_m- e) und der Lagenquerschnittsfläche 2 eh oder auch durch Integration über ein Ringvolumen von 0 bis π ermittelt werden.

Dementsprechend ist das pro Umdrehung in dem Füllhub zugeführte Volumen Vi

V₁ =2neh(R_m-e).

In F i g. 4 sind Teile von F i g. 3 gezeigt, wobei die Bodenneigung θ stark übertrieben gezeigt ist Infolge der Geometrie ersieht man aus F i g. 4, wenn man einer Fig.3 analogen Begründung folgt, daß ein kleines Volumen V₂ an der Drosselgrenzfläche während des Abgabehubes vorbeigeführt wird. Dieses Volumen V₂ trägt dazu bei, die Drossel zu entlasten. Das Volumen V₂ hat eine Schichtquerschnittsfläche BEFG, so daß man als gute Annäherung erhält:

V₂ = 2 π e α tan Θ (R_n, - e).

Summiert man die Gleichungen für Vi und V2 und vernachlässigt man die Wirkung des Schlupfes, so erhält man die bereits genannte Beschickungsmengenstromgleichung zu

Wenn mit der kritischen Betriebsweise gearbeitet wird, ergibt sich, daß die Beziehung zwischen dem eintretenden Beschickungsstrom und der Bodenumdrehungsgeschwindigkeit für verschiedene Versetzungsabschnitte linear ist. Die Neigungen dieser Beziehung ergeben, wenn sie über e aufgetragen werden, ein lineares Diagramm.

F i g. 5 zeigt wieder den Bereich der Drossel in einer Ringbettvorrichtung gemäß Fig. 1, wobei der Anstieg des Chargenmaterials, welches den Boden überquert, erkennbar ist, um die abnehmende Umfangsabmessung aufzunehmen. Das Ausmaß des Anstiegs hängt unter anderem von der Bodenbreite (Rb-Ra) und von der Anfangshöhe auf dem Bettboden BC und deshalb von der radialen Lage eines gegebenen Elementes von Chargenmaterial während seiner Abwärtsbewegung durch das Bett ab, wie dies schematisch durch die gestrichelten Linien dargestellt ist, welche die Segmente des Chargenmaterials voneinander trennen, die von 1 bis 11 durchnumeriert sind.

Die tatsächlichen Bewegungen der Körner im Bett nach unten ausgehend von den Anfangslagen auf einem Radius des Bettes und dann über dem Boden, wurden durch Kennzeichnung der Körner festgelegt, indem sie gefärbt wurden. Das Chargenmaterial konnte somit in Segmentschritten gleicher Höhe an der Drosselgrenzfläche betrachtet werden, wie dies in der Figur gezeigt ist. Bei einem Ringofen, der mit den nachstehenden Abmessungen arbeitet, sind die mittleren Weglängen, die sich fü die Chargenelemente von dem Bettboden BC zu der Abrutschneigung CY für diese Segmente ergeben haben, in Tabelle 4 (Spalten 1 und 2) angeführt.

Ofenabmessungen:

Bodenbreite Äi,-Ä_a
Äußerer Bettradius Rb
Innerer Bettradius Rd

45

K_p=2s« (R_m- e) (h+a tan Θ) (3)

M_r = annähernd 2 π e h v_BR_m. (3A) a=

1,06 m (3,5 ft) 1,37 m (4,5 ft) 1,03 m (3,5 ft) 0,33 m (1,1 ft) 0,30 m (1,0 ft)

Drosselhöhe h

Schlechte Klassierung P < 0,09, Φ über 40° Versetzung e = 9,6 cm (3,8")

(Hoch für öfen dieser Größe. Dadurch wird Anstiegswirkung betont)

Betthöhe H = 0,87 m (2,85 ft)

Ringfläche des Bettes A multipliziert mit H

= 2,18 m3 (78 ff) Verweilzeit im Bett = 66 min bei 4,21

pro h Beschickung

50 In der nachstehenden Tabelle 4 sind die Einzelheiten dar Berechnung der Änderung der Chargenverweilzeit gezeigt

Tabelle 4

Weg	Länge in m	Komprimiertes	Radialer Beschifc-	Verweilzeit in	min	Gesamtzeit
Nr.		Volumen in m3	lcungsmengenstrom in m3/Upm	Anzahl der	Zeit über	im Ofen in min
	(ft)			Umdrehungen	dem Boden
	(ft3)	(tf/üpm)		in min

0,33 0,1) 0,36 (1,2)

0,0326
(1,15)
0,0354
(1,25)

0,0162 (0,575)

0,0167 (0,593) 2,00
2,10

12,4
13,0

78 79

	Länge in m	27	Komprimiertes	24 53 613	Verweilzeit in	28	min	Gesamtzeit
			Volumen in m3					im Ofen in min
	(ft)			Anzahl der	Zeit über
	0,46		Radialer Beschik-	Umdrehungen	dem Boden	82
Fortsetzung	(1,5)	(ft3)	kungsmengenstrom		in min
Weg	0,52	0,0444	in m3/Upm	2,57	15,9	83
	(1,7)	(1,57)
Nr.	0,58	0,0501	(frVUpm)	2,80	17,3	85
	(1,9)	(1,77)	0,0173
	0,67	0,0560	(0,612)	3,06	18,8	87
3	(2,2)	(1,98)	0,0178
	0,73	0,0651	(0,630)	3,46	21,4	89
4	(2,4)	(2,30)	0,0183
	0,82	0,0708	(0,647)	3,65	22,6	91
5	(2,7)	(2,50)	0,0189
	0,88	0,0793	(0,667)	4,00	24,8	92
6	(2,9)	(2,80)	0,0194
	0,91	0,0850	(0,685)	4,17	25,8	92
7	(3,0)	(3,00)	0,0199
	1,03	0,0886	(0,703)	4,22	26,2	95
8	(3,4)	(3,13)	0,0204
		0,1010	(0,721)	4,70	29,1
9	(3,J5)	0,0210
	(0,740)
10	0,0215
	(0,785)
11

Die Neigung des Bodens bei θ zur Horizontalen hat wenig oder keinen Einfluß auf den Beschickungsmengenstrom als solchen bei der kritischen Betriebsweise, spielt jedoch eine wesentliche Rolle beim Erreichen des kritischen Drosselüberführungsmechanismus bei verbesserter Bettstabilität und auf ein Minimum reduziertem Reibungsfaktor (und somit auf ein Minimum reduziertem Energieverbrauch durch die Versetzungswirkung) entsprechend einer Beziehung

4=F₀- b tan θ

wobei fe der Reibungsfaktor bei einem Neigungswinkel β und b eine Konstante sind, die in der Größenordnung von 137 für das fragliche Material liegt

Darüber hinaus trägt die Neigung θ dazu bei, daß Körner oder Kugeln bzw. Klumpen in der Charge eine erneute Ausrichtung erreichen, die erforderlich ist, um eine Anpassung an den abnehmenden Umfang ihrer Bahnen zu erreichen, wenn sie sich spiralförmig nach unten zur Mitte des Bodens bewegen. Die Neigung θ hilft somit, die kritische Betriebsweise anstelle der früher beschriebenen Schiebewirkung aufrechtzuerhalten.

Das leichte und glatte Oberqueren über den Boden wird weiterhin dadurch unterstützt, daß eine scharfe Drosselstelle bei C vorgesehen wird. Jede Neigung zur Abflachung bei C führt zu einer horizontalen Komponente der Drosselwirkung, auf die bereits Bezug genommen wurde, was eine Kompression der Charge zur Folge hat, die dazu neigt, das Dach an der Drossel mn mehr als etwa 10 Winkelminuten der Schräglage anzuheben, die für die kritische Betriebsweise zu erwarten ist, worauf die Bodenbreite ein Faktor wird, der bei der Aufrechterhaltung der kritischen Betriebsweise zu berücksichtigen ist, d. h. Ä, sollte so nahe wie praktisch möglich an dem Maximum liegen, welches durch das Stabilitätskriterium (2) möglich ist Wenn Rb-Ra übermäßig groß ist, ist das Chargenmaterial in dem anfälligen heißen Zustand zu fest und zu lange in Kontakt mit dem Dach, ehe es entspannt wird bzw. freikommt und hochsteigt, so daß die kritische Betriebsweise verloren geht und das Chargenmaterial mit einer zunehmenden Rate zerbricht, da die übermäßige Winkelkompression Φ den Wert erhöht.

Bei der kritischen Verfahrensweise sind die schrittweisen Beschickungsmengenströme des Chargenmaterials bezogen auf den Radius des überquerten Bodens linear bezogen, d. h. sie sind mit den Beschickungsmengenstromgleichungen in Einklang.

Fig.6 zeigt die Verweilzeit des Chargenmaterials über der radialen Lage in dem Bett in dem Ofen und unter Bedingungen, die denen in Verbindung mit F i g. 5 genannten ähnlich sind. Die Verweilzeit bei der kritischen Betriebsweise ist durch die Linie Q angezeigt, die durch Punkte geht, welche man für die numerierten Segmente ähnlich denen von Fig.5 erhält Die zwischen der Linie C und der horizontalen Linie bei 87 min (welche die konstante Verweilzeit während des Nachuntensinkens bis zum Boden BC gemäß F i g. 5 darstellt) begrenzte Fläche ergibt sich durch die Bewegung der Charge über dem Boden nach dem Durchgang durch BC

Man sieht, daß die Verweilzeit nicht nur völlig gleichförmig in dem eigentlichen Bett ist, sondern auch daß die gesamte Abweichung von der mittleren Verweilzeit von 107 min während des restlichen Verbleibs in der Vorrichtung nicht groß bezogen auf die Gesamtverweilzeit, wenn sie mit der Verweilzeit irgendeiner anderen Vorrichtung verglichen wird.

Die Kurve Ci zeigt das Verhalten eines Ringbettes in einem Ablaufzustand (da die Kurve unter den eigentlichen Wert für die in dem tatsächlichen Bett verbrachte Zeit fällt). Dies führt zu einer Zunahme der nominellen Beschickungsrate von etwa 15%, wobei

mehr als die Hälfte der Beschickung nicht gleichförmig behandelt und der Rest zu wenig behandelt wird.

Die Kurve C₃ zeigt das Verhalten eines Ringbettes in einem Dichtezustand (h< a tan Φ), wobei die Beschikkungsbehandlung vollständig ungleichförmig ist, den bekannten Schachtofen charakterisiert, abnorm niedrig ist und einer Blockierung abgrenzend an die Innenwand ausgesetzt ist

F i g. 7 zeigt die durch Versuche ermittelte Beziehung zwischen dem Logarithmus von tan Φ und den der Schüttdichte γβ eines behandelten Klinker bildenden Zementchargenmaterials mit dem spezifischen Gewicht von 28,7 p/dm³ (2,7 lb/ft³), woraus Φ für die Aufrechterhaltung der kritischen Betriebsweise festgestellt werden kann. Die Schüttdichte erhält man durch Vergleichen der gemessenen Volumen- und Massenbeschickungsströme der Vorrichtung zu irgendeiner gegebenen Zeit Andererseits kann die Schüttdichte aus Φ festgestellt werden, wenn dieser Wert bekannt ist oder aus dem beobachteten Klassierungsfaktor und somit auch aus dem Gasstrom und dem Druckabfall im Bett ermittelt werden.

Fig.8 zeigt die Teilchengrößenanalyse oder die Klassierungskurven für fünf kontinuierlich klassierte körnige oder kugelige Materialien, die aus einem Ringofen abgeführt wurden. Wenn man die Kurven von links nach rechts von 1 bis 5 durchnumeriert, entsprechen sie denen der Fig. 15 und 17, die Klassierungsfaktoren P (+1"/ - 3/8") darstellen, nämlich für 0,06,037,4,6,12,5 und 60. Die Klassierungsfakto- ren nehmen in F i g. 11 von einer »zusammengeballten« Klassierung links zu einer Enizelgrößenklassierung rechts ab.

In F i g. 8 ist auf der Ordinate der Prozentsatz des Probenmaterials aufgetragen, welches durch ein Sieb der auf der Abszisse aufgetragenen Größe hindurchfällt. ·

In F i g. 9 ist die Beziehung zwischen tan Φ und d_m entsprechend der F i g. 11 dargestellt

Fig. 10 zeigt die Klassierungskurven der Fig.8 aufgetragen in einem logarithmischen Wahrscheinlichkeitsnetz, wobei die Zahlen 1 bis 5 entsprechend dem Klassierungsfaktor Peingetragen sind.

F i g. 11 zeigt in logarithmischen Koordinaten die Beziehung zwischen dem Klassierungsfaktor P ( + 1/-3/8") und dem mittleren Teilchendurchmesser cfm(ft χ ΙΟ-³), wobei der Ausdruck mittlerer Korndurchmesser oder mittlerer Klumpendurchmesser geeigneter ist und bei dieser Beziehung von den Materialien der Klassierungen ge:mäß Fig.8 ausgegangen wird. Die Werte d_m wurden aus einer gründlichen Klassiertings- so analyse des Probenmaterials durch Berechnung des Verhältnisses erhalten:

m _v ml¹/²

55

wobei m der Anteil der vorhandenen Teilchen mit einem Durchmesser d bei einer ausreichenden Anzahl von Probenpunkten längs jeder Klassierungskurve gemäß F i g. 8 ist

F i g. 11 zeigt ferner die beobachtete Beziehung zwischen tan Φ und dem Klassierungsfaktor Paufgrund von Daten, die in der vorstehend beschriebenen Weise erhalten wurden, und durch eine Klassierungsanalyse des von den Ringöfen abgegebenen Materials. Die Kurve kann auch dazu benutzt werden, um eine Beziehung zwischen Schüttdichte und Klassiemn^sfak tor durch Vergleich mit Fig.7 herzustellen; die entsprechenden Schüttdichten in lb/ft³ auf der Ordinate für ein spezifisches Gewicht von 433 p/dm³ (2,7 lb/ft³) sind annähernd durch ya= 100 tan Φ gegeben. Für ein anderes Material, beispielsweise Koks, würde die Schüttdichte annähernd durch )'B=50tanΦ gegeben sein. Man sieht daß die Beziehung zwischen Φ und P (+1/-3/8") der Gleichung ΐ3ηΦ=0,830/Ρ"ΐ« folgt Fig. Il zeigt auch eine ähnliche Beziehung zwischen d_m und einem Klassierungsfaktor Pi (+40/— 10 mm), der sich auf Koks bezieht

Fig. 12 zeigt die Beziehung zwischen R/H, der Gasstromdrosselung pro Höheneinheit des Bettes (cm gemessene Wasserhöhe pro cm) und G, wobei G der Gasmassenstrom in kpi'min m² bzw. Ib/min ft² des ringförmigen horizontalen Querschnittsbereichs ist Jede Linie stellt die Beziehung für einen der Werte des Klassierungsfaktors P der Klassierungskurven von F i g. 11 gemäß der Beziehung her:

R/HG*=6,17 χ 10-V/P"⁵·»

Gemessene und kalkulierte Werte der Neigung R/H&x\0-³ *«nd in der Tabelle 1 gezeigt, die mit Ringflächen zwischen 0,46 und 323 m² (5 bis 350 ft²) erhalten wurden.

Die Beziehung zwischen d_m und P folgt der Abhängigkeit:

d_m{m) = 2,44 Ι/?· 1(T\

<Uft) = 8,0 f,

tan Φ = 1,12 · d'⁰·¹*³ · 1<T\

wobei d_m in ft einzusetzen ist.

Fig. 13 zeigt in einem Diagramm die Anteile einer Ringbettvorrichtung der allgemeinen Bauweise gemäß Fig. 1, die für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens für ein Chargenmaterial geeignet ist, welches einen effektiven Schüttwinkel Φ = Winkel TAN in dem Dreieck TABDN aufweist.

In Fig. 18sind

R, der Radius der Abgabeöffnung Rb der Außenradius des Ringbettes Rd der Innenradius des Ringbettes Rm der mittlere Radius (Rb+ Rd)H

Wenn O Y einen Außenbettradius Rb von 0,5 bis über 6 m darstellt, werden die Teile der Vorrichtung durch folgende Ausdrücke wiedergegeben:

YC ist die Drosselgrenzfläche, wobei C der Schnittpunkt von AT mit der Vertikalen vom Schnittpunkt TB mit O Kist

MZ ist der Öffnungsradius, wobei Z der Schnittpunkt von TD mit der Linie VZist, die sich von Yaus mit einem gegebenen Bodenneigungswinkel OYZ=B nach unten neigt d. h. MZ= R*.

CQ ist die vertikale Linie durch C, welche die Innenbettwand mit dem Radius Rd darstellt. CQ ist gleich der Betthöhe PY.

CZ ist Kraterneigung des Haufens von Chargenmaterial auf dem Boden.

Die Fläche PQCYstellt das Bett dar, während CYZ den Haufen auf dem Boden wiedergibt,

Auslegung für den Betrieb

Die verschiedenen geometrischen und betriebsmäßigen Beziehungen, die vorstehend angeführt wurden, s ermöglichen es dem Konstrukteur oder der Gerätebedienungsperson, eine Ringbettvorrichtung zu bauen oder einzustellen, so daß sie mit der kritischen Betriebsweise arbeitet

In Betrieb wird die Drosselhöhe auf h eingestellt Die Versetzung e wird eingestellt, so daß man eine grobe Steuerung des Durchsatzes erhält, wobei die »Schichtenstärke« des durchgesetzten Chargenmaterials bestimmt wird, welche so klein wie d_m sein kann. Die Drehzahl des Bodens N wird dann so eingestellt daß man eine Feinsteuerung des Durchsatzes abhänig von dem gewählten oberen Bettniveau erhält

Wenn die Werte von Λ, e und N kontinuierlich einstellbar sind, kann die Vorrichtung vollautomatisch gemacht bzw. gefahren werden, wodurch die Beibehaltung der kritischen Betriebsweise auf übersichtliche Weise erleichtert ist, da die sonst erforderliche, während des Betriebs eines eingestellten Bettes zu überprüfende bzw. zu steuernde, ausreichende Anzahl von Variablen auf diese drei Größen reduziert ist.

Die Vorteile der Arbeitsweise einer Ringbettvorrichtung auf die erfindungsgemäße Weise können wie folgt zusammengefaßt werden:

D:e Wirtschaftlichkeit ist ein Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Arbeitsweise. Im Falle einer Warmebehandlung werden die Wärmeverluste auf ein Minimum reduziert. Bei der kritischen Arbeitsweise tritt nur ein vernachlässigbarer Wärmeverlust durch die Wände auf, auch wenn massive Isolationen fehlen. Über dem Boden oder dem Bodenstück wird eine Heißzone kontinuierlich über die ganze Chargenfläche wieder erstellt, wobei keine dies beeinträchtigenden Gitterstäbe vorhanden sind, so daß der maximale Wirkungsgrad erreichbar ist Die Arbeitskapazität der Vorrichtung ist bezogen auf ihre Größe groß und kann durch simple Geometriebetrachtungen im Maßstab vergrößert werden, wobei man den vollen Vorteil irgendeiner gewünschten Erhöhung der Höhe bezüglich des Durchmessers erhält Da die Hauptursache für die Zuführungs- bzw. Durchgangswirkung die Schwerkraft ist ist die für das Umdrehen des Bettes erforderliche aufgebrachte Bewegungskraft sehr niedrig, sie liegt beispielsweise in der Größenordnung von 15 PS für ein Bett mit einem Durchmesser von 6 m und einer Höhe von 1 m für Rohmaterialien für die Zementherstellung, um eine Last von über 3001 zu drehen. Die Einrichtung für den wirksamen Feststoff-Gas-Gegenstromkontakt ermöglicht ein wirksames Trocknen oder einen Wärmeübergang für andere Zwecke.

Die Ringbettvorrichtung in der kritischen Betriebsweise ist für eine genaue und einfache individuelle Steuerung ailer Parameter geeignet, um das erforderliche Gleichgewicht zwischen der geome irischen Auslegung, dem Abgabemechanismus und den Strömungseigenschaften des behandelten Feststoffes beizubehalten. Die Zuführungs- bzw. Durchgangssteuerung ist volumetrisch und an dem Abgabeende vorgesehen, wo bei einem Erhitzungsprozeß das Material trocken abgeführt wird. Die Arbeitsweise eignet sich besonders für eine vollständige genaue und vollautomatische Steuerung.

Hierzu 12 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zur Behandlung eines körnigen oder nodularen Feststoffmaterials mit einem gegenströmenden Gas, das durch ein absteigendes Feststoffmaterial-Bett hindurch aufwärts geleitet wird, welches in einer ringförmigen Kammer angeordnet ist, die vertikale, äußere und innere, im wesentlichen koaxiale, zylindrische Wände mit gegenüberliegen- to den, radial um einen Abstand a voneinander entfernten Oberflächen aufweist, welches ferner auf einem ringförmigen Boden aufruht, dessen Oberfläche — mit Ausnahme eines peripheren ebenen Bereiches — schräg abwärts gegen eine darin vorgesehene, mittige Öffnung zur Austragung des festen Materials verläuft, wobei der bodennahe Rand der äußeren Wand in gasdichter, gleitender Verbindung zu dem peripheren, ebenen Bereich des Bodens steht und der untere Rand der inneren Wand um einen Abstand h höher liegt als der untere Rand der äußeren Wand und wobei die innere Wand und die äußere Wand unabhängig voneinander frei drehbar um ihre vertikalen Achsen sind und der Boden seinerseits um seine vertikale Achse mittels eines Antriebes drehbar ist, welche gegenüber den Achsen der Wände um den Betrag e versetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe h nicht wesentlich weniger und nicht wesentlich mehr als 10% von dem Wert abweicht, welcher der Beziehung tan Φ = h/a genügt, worin Φ der Böschungswinkel des Feststoffmaterials auf dem Boden des Bettes ist.

   35

   Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung eines körnigen oder nodularen Feststoffmaterials mit einem gegenströmenden Gas, das durch ein absteigendes Feststoffmaterial-Bett hindurch aufwärts geleitet wird, welches in einer ringförmigen Kammer angeordnet ist, die vertikale, äußere und innere, im wesentlichen koaxiale, zylindrische Wände mit gegenüberliegenden, radial um einen Abstand a voneinander entfernten Oberflächen aufweist, welches ferner auf einem ringförmigen Boden aufruht, dessen Oberfläche — mit Ausnahme eines peripheren ebenen Bereiche:: — schräg abwärts gegen eine darin vorgesehene, mititige öffnung zur Austragung des festen Materials verläuft, so wobei der bodennahe Rand der äußeren Wand in gasdichter, gleitender Verbindung zu dem peripheren, ebenen Bereich des Bodens steht und der untere Rand der inneren Wand um einen Abstand h höher liegt als der untere Rand der äußeren Wand und wobei die innere Wand und die äußere Wand unabhängig voneinander frei drehbar um ihre vertikalen Achsen sind und der Boden seinerseits um seine vertikale Achse mittels eines Antriebes drehbar ist, welche gegenüber den Achsen der Wände um den Betrag e versetzt ist.

   Bei einem bekannten ringförmigen Vorerhitzer bzw. Ringofen gemäß GB-PS 8 28 888 und der US-PS 45 687 sind der Boden, das Bodenstück bzw. das Bodengestell einerseits und die Wände des Rings, auf dem manchmal als Schale (außen) und als Haube (innen) Bezug genommen wird, andererseits um ihre jeweilige mittlere vertikale Achse drehbar angeordnet, wobei diese Darallelen Achsen voneinander um einen bestimmten Abstand versetzt sind. Die sich dadurch ergebende Präzession sowie die Zwischenwirkung zwischen der Schalenwand und dem Boden, die als Wirkung der versetzten Beschickung bezeichnet wird, führen dazu, daß die Feststoffe am Boden des Bettes zu dem Rand der Abgabeöffnung hin und darüber geschoben werden.

   Während einer vollständigen Umdrehung des Vorerhitzers gemäß US-PS 29 45 687 ist die Relativbewegung zwischen dem Ring und dem Boden kreisförmig, d. h. der Ort eines Punktes in dem sich drehenden Ring bezogen auf den sich drehenden Boden ist ein Kreis mit einem Radius, der gleich dem Versetzungsabstand ist, wobei davon ausgegangen wird, daß der Ring und der Boden übereinstimmend gedreht werden, & h. mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit, wobei keiner hinter dem anderen zurückbleibt Diese Rotation im Gleichklang ist in der Praxis nur dadurch erreichbar, daß sowohl der Boden als auch der Ring zwangsweise angetrieben werden. Wenn nur der Boden allein zwangsweise angetrieben wird, wurden die Reaktionen zwischen dem Boden, dem Feststoff-Beschickungsmaterial und den Ringwänden nur zu einer Rotation des Rings mit einem bestimmten Schlupf bezüglich des Bodens führen, so daß die vorstehend genannte Stelle von der Kreisbahn abweichen und zum Beschreiben einer zykloiden Kurve neigen würde.

   Bei allen bekannten ringförmigen Vorerhitzern und Öfen basiert die Abgabe im wesentlichen vollständig auf einer Schiebewirkung, die durch ein Umfangsteil aufgebracht wird, beispielsweise durch eine Hydraulik oder eine Wand, um das Chargenmaterial zu zwingen, sich nach innen von dem Boden des eigentlichen ringförmigen Bettes aus über den Boden zu dem Abgabeauslaß in dem Boden zu bewegen. Diese Schiebe- oder Rammwirkung, auf die später noch näher eingegangen wird, bedingt die Ausübung beträchtlicher Kräfte auf das eigentliche Chargenmaterial und auf die Lagerabstützungen der Vorrichtung, was mit hohen Zersetzungs- bzw. Zerkleinerungsanteilen der Charge und einem Verschleiß der Maschinenteile verbunden ist

   Die GB-PS 10 59 149 und die US-PS 33 31595 beschreiben Modifizierungen des ringförmigen Vorerhitzers oder Ofens gemäß der US-PS 29 45 687 mit der versetzten Beschickungswirkung. Diese Modifizierungen bestehen einerseits darin, daß von dem ebenen horizontalen Boden auf einen Boden übergegangen wird, der sich konisch nach unten zu der Mitte mit einem flachen Winkel zu der Horizontalen neigt, und andererseits darin, daß eine Dichtungseinrichtung an den Enden der Schale und der Haube vorgesehen wird, weiche eine völlig unabhängige Rotation der drei Komponenten zuläßt, nämlich dem Bodenstück oder Boden, der Schale oder der Außenwand und der Haube oder Innenwand.

   Dieser ringförmige Wärmeaustauscher arbeitet wie seine Vorgänger dadurch, daß das Chargenmaterial über den Bodenabschnitt zum Abführen durch die öffnung geschoben wird, mit Ausnahme spezieller Umstände, auf die die Erfindung gerichtet ist und die infolge der beiden vorstehend genannten Modifizierungen anwendbar sind. Es wurde gefunden, daß eine Vorrichtung der unmittelbar vorher beschriebenen Art mit einem ringförmigen Bett von absinkendem bzw. sich nach unten bewegendem körnigem oder kugeligem Material auf eine besonders vorteilhafte Weise betrieben werden kann, wenn die geometrische Auslegung und die Steuerung der Vorrichtung eine geeignete Beziehung zu den physikalischen Eigenschaften des